JPH0513112B2

JPH0513112B2 -

Info

Publication number: JPH0513112B2
Application number: JP21057186A
Authority: JP
Inventors: Akira Myai; Masahiro Ibukyama; Yasuhiro Oohashi; Masahiko Nakajima
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1986-09-09
Publication date: 1993-02-19
Also published as: JPS6369784A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、窒化アルミニウムのメタライズペー
スト組成物に関し、実用的な密着強度例えば2.5
Kgｆ／２mm□ 以上を得ることを目的とする。（従来の技術）セラミツクスは、これまで酸化物が主流であつ
たが、要求物性の多様化により酸化物以外のセラ
ミツクスの用途が拡がりつつある。特に電子部品
のセラミツク基板材料は、素子の高密度化に伴な
い発生する熱の放散が極めて重要な問題となつて
おり、これまでのアルミナに代わる高熱伝導性の
材料の使用が検討されている。この高熱伝導性の
基板材料として、最も実用の可能性の高い素材
に、窒化アルミニウムがある。基板材料としての使用に際しては、その表面
に、導体材料で回路を描いてやる必要があるが、
アルミナの場合には、次の技術がある。モリブデン−マンガンペーストを基板に印刷
し、湿潤水素あるいは湿潤水素／窒素混合ガス
中、1350〜1450℃で焼成し回路を形成する方
法。 Ag／Pd、Ag／Pt、Au、Cuの金属微粉末を
ガラスフリツト、有機バインダー等と混合しペ
ースト化したものを、基板に印刷、焼成するこ
とによつて、回路を形成する方法。セラミツク基板に銅板を置き、加圧しなが
ら、反応性雰囲気中で加熱する方法。しかしながら、これらの方法をそのまま窒化ア
ルミニウムに適用することはできない。なぜな
ら、配線基板に要求される最も重要な性質である
高い密着力が得られないからである。これは、上
記方法が、いずれもアルミナ基板が酸化物である
ことの特性を利用した接着機構によつて十分な密
着強度を得るのに対し、窒化アルミニウムのよう
な非酸化物セラミツクスの場合には、アルミナ基
板の場合に形成される接合層が形成されないとい
う理由による。従つて、非酸化物セラミツクス用のメタライズ
組成物とメタライズ方法については種々検討され
ており、炭化珪素や窒化珪素については、いくつ
か実用化されている様だが、窒化アルミニウムの
メタライズ品で、実用強度を備えたものは、未だ
実用化されていないというのが現状である。（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、窒化アルミニウムとの密着性
に優れ、充分な実用強度を示す、新規なメタライ
ズペースト組成物を提供することにある。（問題点を解決するための手段）本発明者は、高融点金属であるタングステン、
モリブデンをベースにして、これと、チタン、ジ
ルコニウム、バナジウム、ニオビウム、タンタ
ル、クロム、シリコン、マンガン、ハフニウム等
の金属を組合せた種々のメタライズペースト組成
物について比較検討を行つたところ、ニオビウム
を存在させれば、窒化アルミニウム基板上に緻密
で高い密着強度を有するメタライズ層を形成でき
るということを見い出し本発明を完成するに至つ
た。すなわち、本発明は、タングステン(W)及び／又
はモリブデン（Mo）粉末78〜95重量％、マンガ
ン粉末（Mn）４〜21重量％及びニオビウム粉末
１〜10重量％を含有してなる窒化アルミニウム用
メタライズペースト用組成物である。以下、さらに詳しく本発明について説明する。本発明のメタライズペースト組成物を用いる密
着強度増大の作用は、次のように説明することが
できる。マンガンとニオビウムは、メタライズ処理温度
に加熱された時、接合界面で窒化アルミニウムと
反応し、窒化ニオビウムマンガンと思われる化合
物及びニオビウム−アルミ合金を生成し、これが
強固な結合層を形成する。また、マンガンとニオビウムは、それぞれ単独
でも窒化アルミニウムと反応し、マンガンは
Mn₄N、ニオビウムはNb₂N、AlNb₂の化合物を
生成するので、密着性のすぐれたメタライズ層の
形成が期待されるが、しかし、マンガン又はニオ
ビウムを単独でモリブデンやタングステンのよう
な高融点金属に配合しても実用的な密着強度を備
えたメタライズ層を形成させることはできなかつ
た。すなわち、一例として、モリブデンにマンガン
を20重量％配合したペーストを用いて、水素中、
メタライズ処理温度に加熱した場合、接合界面で
マンガンは窒化アルミニウムと反応してMn₄Nを
生成するが、このMn₄Nは、その温度で、Mn₄N
→4Mn＋1/2N₂の如く一部が分解してN₂を放出
する。このN₂が接合界面に空隙を生じさせるこ
とになり、充分な接合強度を得ることができなく
なる。一方、モリブデンにニオビウムを10重量％
配合したペーストを用いた場合、焼結が不充分と
なり、ナイフでこすると簡単に剥れてしまうメタ
ライズ層しか得られない。しかしながら、マンガ
ンとニオビウムを同時に配合したペーストを用い
ると、不安定なMn₄Nは生成せず、接合界面で空
隙をつくらない高密着のメタライズ層を得ること
ができ、しかも、そのメタライズ層は十分に緻密
となつた。本発明において、モリブデン及び／又はタング
ステン、マンガン及びニオビウムの割合を前記の
ように限定した理由は、以上の作用効果を十分に
発揮させるためである。すなわち、モリブデン及び／又はタングステン
を78〜95重量％としたのは、78重量％未満では、
ニオビウムとマンガンの総量が22重量％を超える
ことになり、難焼結性の反応生成物層の厚みが厚
くなつて焼結不足による空隙が生じ、小さい密着
強度しか得られない。また、95重量％を超える
と、逆に、反応生成物量が少な過ぎることによる
強度低下や、メタライズ層の焼結不足などが起こ
る。マンガンを４〜21重量％としたのは、４重量％
未満では、メタライズ層の焼結が不十分であり、
また、21重量％を超えると接合界面に空隙が生じ
るようになる。ニオビウムを１〜10重量％としたのは、１重量
％未満では密着強度の改善効果はほとんど認めら
れず、また、10重量％を超えてもその効果は増大
せず、メタライズ層の焼結不十分による緻密性が
低下することによる。特に好ましいニオビウムの
割合は、マンガンに対して0.1〜１重量倍量であ
る。金属粉末の粒径としては、接合面での反応を高
めメタライズ層の緻密化を高めるために、できる
だけ微粉であることが好ましく、具体的には、モ
リブデンとタングステンについては平均粒径5μ
以下、マンガンとニオビウムについては44μ以下
であることが望ましい。以上の金属粉末を用いて、メタライズペースト
を調製するには、一般のメタライズペーストに用
いられている有機バインダー例えばエチルセルロ
ーズやPMMAと共に、溶剤例えばテレピネオー
ルやトルエンに加えて混合すればよい。配合の一例を示せば、溶剤100容量部に対し、
金属粉末30〜60重量部及び有機バインダー30〜60
重量部である。ペーストの粘度としては20000〜
150000CPS程度である。本発明のメタライズペーストの使用法を説明す
ると、窒化アルミニウム基板の表面にスクリーン
印刷などの方法でペーストを塗布し乾燥した後、
水素雰囲気あるいは窒素やアルゴン等の不活性雰
囲気中で、メタライズ処理温度に約１時間程度加
熱するメタライズ処理温度としては、1000〜1400
℃の範囲が好ましく、特に好適には、ニオビウム
とマンガンが窒化アルミニウムと活発に反応し反
応生成物の分解が殆んど起らない温度範囲である
1150〜1350℃である。以上のようにして得られた
メタライズ層に、さらに無電解メツキあるいは電
解メツキなどでニツケルや銅のメツキを施し、ろ
う付などの方法で金属体を接合できるような構造
にすることもできる。（実施例）以下、本発明の実施例を示す。実施例１表１に示す組成粉末の全量2gを秤取し、これ
にPMMAを30重量％含むトルエン溶液0.5c.c.及び
テレピネオール0.5c.c.を加え、充分に混合して、
均一なペーストを調製した。このペーストをスク
リーン印刷により、２mm□ のパターン９ケを25mm
角、0.65mm厚みの窒化アルミニウム焼結基板に印
刷した。この基板を80℃のオーブン中に２時間置
いて、ペーストの乾燥を行ない、50φのアルミナ
炉芯管内に置いたモリブデンチユーブ内にセツト
した後、１／minの水素を流しながら、メタラ
イズ処理温度1300℃に昇温し60分間保持した。冷
却後、炉内をN₂で置換し、基板を取り出した。
次に、このメタライズ基板のメタライズ部に、無
電解ニツケルメツキを施し、0.6φのスズメツキ銅
線を２mm□ メタライズパツドに半田付けし、Ｌ型
引つ張りによる、ピール強度の測定を行なつた。次に、以上と同様にして作製した基板を150℃
のオーブン中に１週間放置し、ピール強度の測定
を行なつてエージングによる強度低下の有無を調
べた。これらの結果をまとめて表１に示す。な
お、表１の値は９ケの平均値である。実験No.１〜27は本発明例、実験No.28〜35は比較
例である。使用したモリブデン粉末の平均粒径は2μ、マ
ンガンとニオビウムは44μ以下である。

【表】

【表】実施例２実験No.８のメタライズペースト組成物につい
て、メタライズ処理温度を種々変えたときの結果
を表２に示す。

【表】実施例３実施例１で示した実験No.８の組成について、焼
成中の雰囲気にアルゴンにかえた場合のピール強
度は、エージング処理前は4.1Kgｆ／２mm□ 、エ
ージング処理後は4.1Kgｆ／２mm□ であつた。実施例４実施例１の実験No.８において、Mo粉末88重量
％のかわりに、Ｗ粉末（平均粒径0.75μ）88重量
％を用いた。その結果、エージング処理前のピー
ル強度は4.5Kgｆ／２mm□ であり、エージング処
理後のそれは4.5Kgｆ／２mm□ であつた。実施例５実施例１の実験No.８において、Mo粉末のかわ
りに、Mo粉末（平均粒径2μ）44重量％とＷ粉末
（平均粒径0.75μ）44重量％を用いた。その結果、
エージング処理前のピール強度は4.3Kgｆ／２mm
□ であり、エージング処理後のそれは、4.0Kg
ｆ／２mm□ であつた。参考例市販のPd／Agペーストを、25.4mm角、0.65mm
厚のアルミナ基板にスクリーン印刷によつて、２
mm□ のパターン９ケを印刷し、乾燥後、空気中、
925℃で焼き付け、0.6φのスズメツキ銅線を２mm
□ パツドに半田付けした後、ピール強度の測定を
行なつた。その結果、エージング処理前は4.1Kg
ｆ／２mm□ 、エージング処理後は2.1Kgｆ／２mm
□ であつた。（発明の効果）本発明によれば、窒化アルミニウム基板に、十
分に高い密着強度をもつたメタライズ層を形成さ
せることができ、しかもそのメタライズ層は緻密
となる。

Claims

【特許請求の範囲】

１タングステン及び／又はモリブデン粉末78〜
95重量％、マンガン粉末４〜21重量％及びニオビ
ウム粉末１〜10重量％を含有してなる窒化アルミ
ニウム用メタライズペースト組成物。