JPH04125986A - 窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム基板に密着したメタライズ
層を有する高融点金属メタライズ窒化アルミニウム基板
及びその新規な製造方法に関する。

（従来の技術） 窒化アルミニウム焼結体は高熱伝導性を有し、電気絶縁
性が良く、熱膨張率が小さいなどの優れた性質のため、
電子工業材料、特に印刷配線基板や半導体基板などに用
いられる。これらの用途においては、窒化アルミニウム
焼結体の表面に金属よりなるパターン、即ち、メタライ
ズ層を形成させる必要がある。また集積度の高いＬＳＩ
などの基板においては、このようにパターンを形成した
基板を多層化することも要求されるようになった。

従来、メタライズ層を有するセラミックス基板を製造す
る手段としては、焼結後のセラミックス基板上にスパッ
タリングや蒸着で薄膜を形成する方法や金属ペーストを
焼き付ける方法、セラミックス粉体又はセラミックス粉
体と焼結助剤の混合物に必要に応じて、有機結合剤を加
えて成形してグリーンシートとした後、該グリーンシー
ト表面に高融点金属によるパターンを形成して脱脂した
後、セラミックスの焼結を行わせるのと同時にメタライ
ズ層を形成する、いわゆる同時焼成法が採用されている
。

上記方法のうち、同時焼成法は、工程数が少ない点など
で有利であり、該方法により窒化アルミニウム基板を製
造する試みが成されるようになった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、同時焼成法により形成した窒化アルミニ
ウムメタライズ基板のメタライズパターンの密着性は、
該メタライズパターンにおいて、密着強度のムラを生じ
たり、また、微細配線や微細電極においては実用上十分
な密着強度が得られない場合があるという問題を有する
。

（問題を解決するための手段） 本発明者らは、上記問題を解決すべ（研究を重ねた結果
、同時焼成法による窒化アルミニウムメタライズ基板の
密着性が、同時焼成により窒化アルミニウム基板からメ
タライズ層内部に成長した窒化アルミニウムによって形
成される凸部の界面によって、強固に保たれること、さ
らには、該凸部をメタライズパターンの実質的に全面に
わたって特定の密度で存在させることにより、密着強度
にムラがなく、且つ、強固に密着したメタライズパター
ンを有する信頼性の高い窒化アルミニウムメタライズ基
板が得られることを見出し本発明を提供するに至った。

即ち、本発明は、窒化アルミニウム焼結基板の表面に高
融点金属メタライズ層が存在し、該窒化アルミニウム焼
結基板とメタライズ層との界面に高さ１〜１０μｍの凸
部が、１００μ−当たり１個以上の密度で存在すること
を特徴とする窒化アルミニウムメタライズ基板である。

本発明の窒化アルミニウムメタライズ基板において、基
板の窒化アルミニウム焼結体の特性は、特に制限される
ものではない。例えば、上記焼結体の組成は、窒化アル
ミニウムを主成分とするものが得られる焼結基板とメタ
ライズ層との密着性をより高めるために好適であるが、
他の成分として、窒化はう素（ＢＮ）　、炭化けい素（
Ｓ　ｉ　Ｃ）、窒化けい素（ＳｊｓＮｉ）等を５０重量
％以下の範囲で含有してもよい。また、熱伝導率は、１
００〜２００Ｗ／ｍ−にのものが好適である。

また、前記のメタライズ層の材質は、公知の高融点金属
が特に制限なく使用される。例えば、タングステン、モ
リブデン　、白金、レニウム等の金属が好適である。

本発明の窒化アルミニウムメタライズ基板において、重
要な要件は、上記した窒化アルミニウム焼結基板とメタ
ライズ層との界面に高さ１〜１０μｍの凸部が１００μ
−当たり１個以上の密度で存在することにある。第１図
は、窒化アルミニウム焼結基板１とメタライズ層２との
界面を模式的に表す断面図である。かかる界面における
凸部の高さは、図中ａの長さを測定した値である。

また、該凸部の高さ、幅、及び密度は、焼成後のメタラ
イズ基板を過酸化水素系のエツチング液に浸漬させ、メ
タライズ層を除去後、窒化アルミニウム側の走査電子顕
微鏡写真を撮影して行った。

試料を４５°傾斜させ、倍率２５００倍で撮影した写真
から測定することができる。

本発明において、窒化アルミニウム焼結基板とメタライ
ズ層との界面の高さ１〜１０μｍの凸部が１００μｍ２
当たり１個より少ない密度で存在する窒化アルミニウム
メタライズ基板は、メタライズ層の密着性が十分でなか
ったり、密着性のムラを生じるという現象が生じる。上
記凸部の密度は、１００μ−当たり１個以上であれば特
に制限されないが、特に３〜ｌＯ個存在させることが、
該凸部により、メタライズ層の密着性の向上高価をより
高めるために好ましい。

また、上記凸部の幅は、特に制限されるものでハナいが
、０．５〜５μｍ程度が好ましい。

本発明の窒化アルミニウムメタライズ基板において、メ
タライズ層によって形成されるパターンは、特に制限さ
れない。例えば、配線部、パッド部、ランド部等、導電
性が要求されるパターンが挙げられる。特に、面積が４
ｍｒｄ以上の広い面積のパターンは密着性ムラが、また
、幅が１ｍｍ以下の微細配線のパターンは密着強度が従
来の窒化アルミニウムメタライズ基板に比べて著しく改
善される。

本発明の窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法は
特に制限されない。代表的な製造方法を例示すれば、窒
化アルミニウムのグリーンシート表面に高融点金属のペ
ーストによるパターンを形成し、該パターンと同一面上
で、該パターン近傍のグリーンシート表面、又は該パタ
ーンの裏面上で、該パターンが位置するグリーンシート
表面に、脱脂において炭素の飛散を制限する層の飛散を
制限する層を設けて、脱脂、焼成することを特徴とする
窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法が挙げられ
る。

上記製造方法において、窒化アルミニウムのグリーンシ
ートは、窒化アルミニウム粉体と有機結合剤とより基本
的に構成される公知のものが特に定されず、公知の材質
、形状が、制限なく採用される。例えば、材質としては
、窒化アルミニウム粉体と有機結合剤とより基本的に構
成され、これに必要に応じて、焼結助剤を配合した組成
が一般的である。

上記の有機結合剤、焼結助剤は、公知のものが特に制限
なく使用される。例えば、有機結合剤としては、ポリビ
ニールブチラール、ポリメチルアクリレート、セルロー
スアセテートブチレート、ニトロセルロース、ポリアク
リル酸エステル、ポリビニールアルコール、メチルセル
ロース、ヒドロキシメチルセルロース、及びポリエチレ
ンオキサイド等の含酸素有機高分子体、その他石油レジ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の
炭化水素系合成樹脂ポリ塩化ビニール：アクリル系樹脂
及びそのエマルジョン；ワックス及びそのエマルジョン
等の有機高分子体が一種又は二種以上混合して使用され
る。

焼結助剤としては、アルカリ土類金属化合物、例えば、
酸化カルシウムなどの酸化物、イツトリウム及びランタ
ニド元素よりなる化合物、例えば、酸化イツトリウムな
どの酸化物が好適に使用される。

窒化アルミニウム粉体は、後記する焼結において、窒化
アルミニウムの結晶粒成長を阻害しない範囲で他の焼結
成分を含有してもよい。例えば、前記窒はう素、炭化け
い素、窒化けい素等を５０重量％以下含有することがで
きる。

また、上記のグリーンシートを構成する各成分の割合は
一般に採用される配合割合が特に制限なく採用される。

例えば、窒化アルミニウム粉体１００重量部に対して、
有機結合剤０．１〜１０重量部、焼結助剤０．０１〜１
０重量部が適当である。

また、本発明の方法において、高融点金属のペーストを
構成する高融点金属は、窒化アルニウムの焼結温度より
高い融点を有するものであれば特に制限されない。具体
的には、タングステン、モリブデン、白金、レニウム等
の金属が好適に使用される。上記高融点金属のペースト
調製は、公知の方法が特に制限なく採用される。例えば
、高融点金属の粉体にエチルセルロース等の有機結合剤
とテルピネオール等の有機溶剤を混合する方法が一般的
である。また、上記ペーストによるパターンの形成も公
知の方法が特に制限なく採用される。

例えば、該ペーストをスクリーン印刷する方法が一般的
である。パターンは、必要に応じてグリーンシートの全
表面あるいは一部分に任意に存在させることができる。

さらに、パターン形成後複数のグリーンシートを積層す
ることも一般に行われる。

本発明の方法は、上記高融点金属のペーストのパターン
が存在する部分のグリーンシートにおいて、脱脂時に炭
素の飛散を制限する層を設けることに最大の特徴を有す
る。

即ち、上記層を設けて炭素の飛散を制限することにより
、脱脂後の窒化アルミニウム成形体の高融点金属メタラ
イズ層、及び高融点金属メタライズ層との界面付近の炭
素濃度を高（することができ、かかる炭素の存在下の焼
成時高融点金属メタライズ層と窒化アルミニウム焼結体
との界面で窒化アルミニウム焼結体が成長し、メタライ
ズ層に侵入して鋭角状の凸部が形成され、高融点金属層
の密着性が向上する。上記形成される凸部は、窒化アル
ミニウム焼結体表面をサンドブラストなどにより荒らす
ことにより形成される凸部と比べてシャープであり、且
つ、高密度であるため、該方法に比べてメタライズ層の
極めて高い密着性が発揮される。

本発明の方法において、炭素の飛散を制限する層（以下
、炭素制限層ともいう）は、高融点金属のペーストによ
るパターンの存在するグリーンシートと同一面上で該パ
ターンの近傍、又は、該パターンの存在するグリーンシ
ートの裏面上で該パターンが位置する部分に形成される
。

上記炭素制限層をパターンと同一のグリーンシート面上
に設ける方法において、該炭素制限層は、パターンの周
辺に０．５ｍｍ以下の間隔で該パターン面積の５０％以
上、好ましくは、６０〜１００％　となるように設ける
ことが好ましい。

また、炭素制限層をパターンの存在するグリーンシート
の裏面上に設ける方法において、該炭素制限層は、該パ
ターンの位置するグリーンシートの裏面上に該パターン
の面積の５０％以上、好ましくは、６０〜１００％とな
るように設けることが好ましい。上記炭素制限層は、グ
リーンシートの厚みが３ｍｍ以下の場合特に有効である
。

上記グリーンシートの裏面に炭素制限層を設ける態様は
、メタライズ層の配線に影響せず、且つ、必要に応じて
容易に除去することができ、特に好ましい。

上記各態様において、炭素制限層の面積を過度に増やす
と、窒化アルミニウム脱脂体の残存炭素が高くなり、加
熱焼結時の焼結阻害や、得られる焼結体の反り、該焼結
体のメタライズ層剥離、高抵抗化等を起こすため好まし
くない。従って、炭素制限層は、上記範囲内で高融点金
属メタライズ層及び高融点金属メタライズ層との界面に
おける炭素濃度を高く保つように設けることが好ましい
。

本発明の方法において、炭素制限層は、有機結合剤の熱
分解により生じた分解ガス中の炭素の飛散を制限するも
のであり、窒化アルミニウムの焼結に影響を及ぼさない
ものが特に制限なく使用される。好適なものを例示すれ
ば、分解ガス中の炭素の飛散を制限する高融点金属、例
えば、タングステン、モリブデン、レニウムなどのペー
ストが挙げられる。このペーストを、スクリーン印刷等
により、前記した所定の箇所に所定の面積で塗布すれば
よい。

また、炭素制限層の厚みは、特に限定されないが、５〜
３０μｍの範囲で使用されることが望ましい。

本発明の方法において、脱脂条件、及び焼成条件は限定
されず、公知の条件が特に制限なく採用される。

例えば、脱脂は、窒素やアルゴン等の不活性ガスや、水
素、或いは水素と不活性ガスからなる還元性ガス雰囲気
下、７００〜１２００℃で行うのが一般的である。

また、焼成は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガ
ス雰囲気下で、脱脂された成形体を１４００〜２１００
℃、好ましくは、１６５０〜１９００°Ｃの温度で加熱
して焼結させる方法が好適である。

本発明の方法において、焼成後、必要に応じて炭素制限
層をエツチング等により除去してもよい。

（作用・効果） 以上の説明により理解されるように、本発明のによれば
、高融点金属のメタライズ層が密着強度のムラがなく、
且つ、強固に密着された信頼性の高い窒化アルミニウム
メタライズ基板が提供される。

（実施例） 以下に本発明をさらに具体的に説明するため、実施例を
示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

尚、メタライズパターンの引張り強度は、以下のように
測定した。まず、メタライズ面に厚み２μｍのＮｉメツ
キ層を形成後、ハンダメツキ銅線を垂直にハンダ付けし
た。これを、■東洋精機製作断裂ストログラフＭ２にセ
ットし、銅線を垂直方向引張った際の破壊強度を測定し
た。銅線の径はＱ、５ｍｍ、引張り速度は、１０ｍｍ／
分とした。

実施例１ 厚さ約Ｑ、６ｍｍの窒化アルミニウムグリーンシートを
５０Ｘ５０ｍｍに切断した。次に、平均粒２．５μｍの
タングステン粉末１００重量部に対してエチルセルロー
ス２重量部、テルピネオール２０重量部をらいかい機で
十分に混練してペーストにし、スクリーン印刷によりグ
リーンシートへ０．８ｍｍ幅のラインパターンを１本印
刷した。

さらに、上記ラインパターンの周囲に０．４ｍｍの間隔
をあけて幅１ｍｍの枠を該パターンと同じペーストで形
成した。

このように作製した窒化アルミニウムグリーンシート印
刷体を水素７０容量％、窒素３０容量％の混合ガスを流
通させながら１０００℃、２時間加熱脱脂を行った。脱
脂後、窒素雰囲気中１８００℃で５時間焼結した。得ら
れた窒化アルミニウム焼結基板をラインパターンの中央
部で２分割し、一方の断片についてラインパターンの引
張り強度を測定した結果、５．８Ｋｇ／　ｍｒｄであっ
た。また、他の断片のタングステンメタライズ層をエツ
チングで除去し、界面の窒化アルミニウム側を走査電子
顕微鏡写真で調べたところ、ラインパターンの存在して
いた箇所の全面に高さ約６μｍ、輻約２μｍの凸部力Ｉ
ＤＯμｎｒ当たり平均５個存在することがわかった。

比較例１ 実施例１において、ラインパターンの周囲にペーストの
枠を形成しなかった以外は同様にして、窒化アルミニウ
ム焼結基板を得た。

得られた焼結基板につき、同様にして引張り張渡測定、
及び界面の凸部観察を行った結果、ラインパターンの引
張り強度は、１．１Ｋｇ／ｍｎｆで、メタライズ層と焼
結体の界面には、高さ１μｍ以上の凸部は存在しないこ
とがわかった。

実施例２ 実施例１において、ラインパターンの周囲にペーストの
枠を形成する代わりにラインパターンを印刷した位置の
裏面に０．８ｍｍ幅のラインパターンを印刷し、それ以
外は同様にして、窒化アルミニウム焼結基板を得た。

得られた焼結基板につき、同様にして引張り強度測定、
及び界面の凸部観察を行った結果、ラインパターンの引
張り強度は、５．２Ｋｇ／ｍｒｒＩで、メタライズ層と
焼結体の界面には、高さ約５μｍ、輻約１．５μｍの凸
部が１００μ−当たり平均４個存在することがわかった
。

比較例２ 実施例１で用いたものと同じグリーンシートとタングス
テンペーストを用い、グリーンシートへ１０１０Ｘ１Ｏ
の正方形のパターンを２０ｍｍの間隔で２個印刷した後
、実施例１と同様に脱脂、焼成し窒化アルミニウム焼結
基板を得た。

得られた焼結基板をそれぞれの断片に正方形パターンが
存在するように２分割し、一方の断片につき引張り強度
を測定した。尚、引張り強度の測定は、メタライズ層を
切断加工で枡目状に１６分割し、各強度を測定した。そ
の結果、メタライズ層の外周に位置する区画の強度は２
．　２Ｋｇ／　ｍｒＩＩで、中央部に位置する強度は６
．３Ｋｇ／ｍａｒであった。

さらに、他の断片のメタライズ層をエツチングで除去し
、界面の窒化アルミニウム側を走査電子顕微鏡写真で調
べたところ、中央部では高さ約８μｍ、幅約２．５μｍ
の凸部１００μ−当たり平均７個存在するのに対し、外
側では高さ１μｍ以上の凸部は存在しないことがわかっ
た。

実施例３ 比較例２において、パターンを印刷した裏面全面に同じ
ペーストを用いて０．８ｍｍ幅のラインパターンを０．
４ｍｍ間隔で追加印刷した以外は同様にして、窒化アル
ミニウム焼結基板を得た。

得られた焼結基板につき、比較例２と同様にして引張り
強度測定、及び界面の凸部観察を行った結果、メタライ
ズ層の外周に位置する区画の強度は５．　５Ｋｇ／　ｍ
ｒｄで、中央部に位置する強度は６７Ｋｇ／ｍｒＩＩで
あった。

さらに、他の断片のメタライズ層をエツチングで除去し
、界面の窒化アルミニウム側を走査電子顕微鏡写真で調
べたところ、外周は高さ約６μｍ、輻約１．５μｍの凸
部１００μｍ２当たり平均４個存在し、中央部では高さ
約９μｍ、輻約２．５μｍの凸部が平均約７個存在する
ことがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、窒化アルミニウム焼結基板とメタライズ層の
界面を模式的に表す断面図である。図中、１は窒化アル
ミニウム焼結基板、２はメタライズ層、ａは凸部の高さ
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）窒化アルミニウム焼結基板の表面に高融点金属の
   メタライズ層が存在し、該窒化アルミニウム焼結基板と
   メタライズ層との界面に高さ１〜１０μｍの凸部が、１
   ００μｍ＾２当たり１個以上の密度で存在することを特
   徴とする窒化アルミニウムメタライズ基板。（２）窒化
   アルミニウムのグリーンシート表面に高融点金属のペー
   ストによるパターンを形成し、該パターンと同一面上で
   、該パターンの近傍のグリーンシト表面、又は、該パタ
   ーンの裏面上で、該パターンが位置するグリーンシート
   表面に、脱脂において炭素の飛散を制限する層を設けて
   脱脂、焼成することを特徴とする窒化アルミニウムメタ
   ライズ基板の製造方法。 （３）脱脂において炭素の飛散を制限する層が高融点金
   属よりなる請求項第２項記載の方法。