JPS6128632B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化ケイ素焼結体のメタライズ化に係
り、特に密着性に優れた銅膜の形成に関する。 炭化ケイ素を主成分とした高密度焼結体は高温
までの高い強度、すぐれた耐酸化性、大きな熱衝
撃性を有するため、耐熱構造用途に対して有用な
材料として注目されている。 発明者らは、最近、電気絶縁性でしかも高熱伝
導性を有する炭化ケイ素焼結体を開発した。この
炭化ケイ素は本来の特性である熱膨脹係数が小さ
いことを併せ利用して半導体実装用の電気絶縁基
板材料などとしての用途が期待される。 ところで炭化ケイ素焼結体を電気絶縁基板とし
て使用するには、該基板にシリコン半導体素子を
ロウ接するためのメタライズ膜を形成する必要が
ある。メタライズ膜の材料としては炭化ケイ素焼
結体との密着性に優れること以外に、実装素子の
発熱を基板に放熱しやすいよう熱伝導率が大きい
こと、半田などロウ材との漏れが良いこと、配線
パターンとして電気伝導性が良いことなどが望ま
れることから、銅のメタライズが最適である。 しかしながら炭化ケイ素は一般に溶融金属との
漏れが悪いが、銅に対しても例外ではなく、強い
密着強度が得られる銅のメタライズ方法はまだ知
られていない。 本発明の目的は、密着強度の高いメタライズ層
を有する炭化珪素焼結体及びその製造法を提供す
ることにある。 本発明は、銅粉末に種々の金属又は金属化合物
の粉末を添加してなる金属ペーストについて炭化
ケイ素焼結体へのメタライジングを詳細に調べた
結果、メタライズ層の密着性に対してケイ化物を
形成するMn又はマンガン化合物の添加が有効で
あることを見い出した。 本発明は、特に微細な銅粉末を主成分とし、こ
れにマンガン粉末またはマンガン化合物粉末１〜
40重量％（マンガン量換算）との混合粉末に有機
質溶媒を混合して金属ペーストとし、これを炭化
ケイ素焼結体表面に塗布した後、非酸化性覆囲気
中で加熱して融着させ、焼結体とメタライズ層と
の間にマンガンケイ化物を形成させるものであ
る。これにより特に、SiCにBe又はBe含有物質を
含む電気絶縁性焼結体への密着強度が強い銅のメ
タライズ膜を作ることができる。 マンガン又はマンガン化合物の配合割合がマン
ガン換算量で１％より少なくなると溶融の際に金
属粉が島状になつて均質な膜が得られにくい。一
方40％を超えるとメタライズ層の熱伝導率の低下
や電気抵抗率の増大など前述した半導体実装基板
用として好ましくない影響を生じる。また、加熱
処理の際には雰囲気を非酸化性にすることが好ま
しい。酸化性雰囲気では主成分である銅粉末が酸
化され緻密で良質な膜が得られにくい。 実施例 １ 平均粒径が１μｍ以下の電解銅粉末と平均粒径
５μｍ以下のマンガン粉末を重量比で95：５の割
合に調合する。これにエチルセルローズを10％含
むα−テレピネオール溶液を有機ビヒクルとして
加え、撹拌擂潰機で１時間混練して金属ペースト
を得る。基板の炭化ケイ素焼結体は相対密度が98
％以上（真密度3.2）の緻密質のもので、表面は
粗度１μｍ以下に仕上げたものを使用する。この
炭化ケイ素基板の表面に前記金属ペーストを所要
形状の配線パターン及び素子ロウ接用の電極をス
クリーン印刷した後、水素−窒素混合気中1130℃
で10分間焼成し、膜厚が40μｍの銅のメタライズ
層を形成する。 このようにして得たメタライズ層は炭化ケイ素
焼結体と反応してマンガンケイ化物を形成し、良
く密着し膜質も緻密で良好である。またメタライ
ズ層の電気抵抗率と熱伝導率（同一組成の合金試
料で測定した）及びメタライズ層上に膜厚２−３
μｍのNiメツキ膜を施しその上に半田ロウを介
して板厚0.5mmのSiを接合した試料の接合部強度
の測定結果を表に示した。電気抵抗率及び熱伝導
率は銅とほぼ同じ値である。接合部の引張り強度
は200Kg/cm²前後の値であり、破壊個所は半田層で
あつてメタライズ層での剥離は皆無であつた。 実施例 ２ 平均粒径１μｍ以下の銅粉末95重量％と平均粒
径５μｍ以下の二酸化マンガン粉末をマンガン換
算で５重量％混合し、これに実施例１と同じ有機
ビヒクルを加えて混練し金属ペーストを得る。次
に実施例１と同じ炭化ケイ素基板上に前記ペース
トをスクリーン印刷し、真空度10^-4Torrの炉に
より1200℃で10分間焼成して銅膜を形成する。こ
のようにして得た銅膜の特性及び構造は実施例１
とほぼ同等であつた。 実施例 ３〜５ 実施例１と同じ炭化ケイ素焼結体基板に銅−マ
ンガン粉末を種々の割合に調合した金属ペースト
をスクリーン印刷し、水素窒素気混合気中950〜
1150℃で10分間焼成してメタライズ層を得た。電
気抵抗率、熱伝導率及び接合強度を実施例１と同
様な方法で測定し、その結果を表に示した。 なお実施例では二酸化マンガン（MnO₂）だけ
を説明したがMnO、MnCO₃など他のマンガン化
合物を添加した場合も実施例２と同等な特性及び
構造を得た。また、本発明のメタライズ膜の上
に、さらに銅やニツケルのメツキ膜を積み重ねて
も良好な電極が得られる。このようにして得たメ
タライズ膜は、炭化ケイ素焼結体を利用したサー
ミスタ、抵抗体、発熱体などの電極として使用す
ることができる。 以上述べたごとく本発明によれば、接合強度の
高いメタライズ層が得られ、導電性及び熱伝導性
にすぐれた電極を形成することができる。 【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化ケイ素を主成分とする焼結体の表面にメ
   タライズ層を有するものにおいて、前記メタライ
   ズ層は銅を主成分とし、マンガン又はマンガン化
   合物をマンガン量で１〜40重量％含み、且つ前記
   焼結体とメタライズ層との界面にマンガンケイ化
   物が形成されていることを特徴とするメタライズ
   層を有する炭化ケイ素焼結体。 ２ 前記焼結体は、炭化ケイ素を主成分とし、
   Be又はBe化合物を含み、且つ電気絶縁性を有す
   る特許請求の範囲第１項に記載のメタライズ層を
   有する炭化ケイ素焼結体。 ３ 炭化ケイ素を主成分とする焼結体の表面にメ
   タライズ層を形成する方法において、銅粉末を主
   成分とし、マンガン又はマンガン化合物粉末をマ
   ンガン量で１〜40重量％含有する混合粉末に、有
   機ビヒクルを加え、混練してなるペーストを前記
   焼結体表面に塗布し、加熱して前記混合粉未を溶
   融し、前記焼結体と前記メタライズ層との界面に
   マンガンケイ化物層を形成させることを特徴とす
   るメタライズ層を有する炭化ケイ素焼結体の製造
   法。 ４ 前記加熱を非酸化性雰囲気中で行なう特許請
   求の範囲第３項に記載のメタライズ層を有する炭
   化ケイ素焼結体の製造法。