JPS63244697A

JPS63244697A - 回路基板

Info

Publication number: JPS63244697A
Application number: JP62076164A
Authority: JP
Inventors: 博紀浅井; 安斎　和雄; 剛波多野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-12
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0783161B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はセラミックス基板にメタライズ層を形成してな
る回路基板に関する。

（従来の技術）回路基板にはセラミックス基板が多く用いられており、
最近で−はハイブリッドＩＣ用などの回路基板に、高い
熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡＮＮ）の焼結体
からなるセラミックス基板が用いられつつある。

一方、セラミックス基板を用いた回路基板においては、
導体層として、セラミックス基板の表面にモリブデン（
Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）を主成分とし且つこれ
に活性化金属としてチタン（Ｔ　ｉ　）　、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）添加してなるペースト
を塗布し焼成してメタライズ層を形成することが行なわ
れている。

このメタライズ層において、モリブデンおよびタングス
テンは焼成時の熱で酸化されない耐熱金属であり、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウムは高易になると非常に活
性となり、セラミックスと反応して耐熱金属をセラミッ
クス基板の表面に接着させる作用をもつものである。

そこで、窒化アルミニウム基板を用いた回路基板におい
ても、窒化アルミニウム基板に、前記したモリブデンま
たはタングステンを主成分とし且つこれに活性化金属と
してチタン、ジルコニウムを添加してなるメタライズ層
を導体層として形成することが行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このように窒化アルミニウム焼結体から
なる基板の表面に、導体として、モリブデンまたはタン
グステンを主成分とし且つこれに活性化金属としてチタ
ン、ジルコニウムを添加してなるペーストを塗布し焼成
してメタライズ層を形成した回路基板においては、メタ
ライズ層と窒化アルミニウム基板との接合強度が導体層
としての接合強度としては充分でなく、しかもメタライ
ズ層と窒化アルミニウム基板との接合強度がメタライズ
層の各部分によって異なり、接合強度にバラツキがある
という問題がある。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、窒化アル
ミニウム基板の表面にバｌラツキがなく且つ充分な大き
さの接合強度をもって形成した信頼性の＾い回路基板を
提供することを目的とするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段と作用）前記目的を達成
するために本発明の回路基板は、窒化アルミニウム焼結
体からなる基板と、この窒化アルミニウム基板の表面に
形成されたモリブデンまたはタングステンを主成分とし
て活性化金属を添加してなるメタライズ層とを備え、こ
のメタライズ層はＡｌ２Ｏ：ｌとＹ２Ｏ３の化合物が存
在していることを特徴とするものである。

本発明の発明者は窒化アルミニウム基板にモリブデンあ
るいはタングステンを主成分とするメタライズ層を形成
する方法について種々研究重ねてきた。まず、発明者は
窒化アルミニウム基板とメタライズ層との接合形態につ
いて考察を行なった。

この結果、窒化アルミニウム基板の表面に塗布したメタ
ライズ用ペーストを焼成してメタライズ層を形成する場
合に、窒化アルミニウム基板が加熱されると、窒化アル
ミニウム基板の内部に粒界物質として存在するＡｇｚＣ
）ｓとＹ２Ｏ３の化合物が液相化して基板表面上のメタ
ライズ層の中にしみ出し、この化合物がメタライズ層の
中でチタン、ジルコニウム、ハフニウムの活性化金属と
結びつき、メタライズ層と窒化アルミニウム基板とを接
着する作用があることに着目した。すなわち、窒化アル
ミニウム基板を製作する場合には、焼結密度を高めるた
めに窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてイツトリア
（Ｙ２Ｏ３　）を添加し、この粉末で成形した成形体を
焼結する。この焼結工程において液相焼結が行なわれ、
窒化アルミニウム（Ａｊ２Ｎ）上（７）Ａｇ２Ｏ３と焼
結助剤（７）Ｙ２Ｏ３とが反応して化合物を生成し、こ
の化合物が窒化アルミニウム焼結体の固体粒子の粒界に
粒界物質として存在することになる。その存在形態はＹ
ＡＧ、ＹＡＭ、ＹＡＬなどと考えられる。そして、窒化
アルミニウム基板つまり窒化アルミニウム焼結体の表面
に塗布したメタライズ用ペーストを約１５００〜１７０
０℃の温度で焼成する時に、窒化アルミニウム基板の内
部に粒界物質として存在するＡｇ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化
合物が再度溶けて基板の表面にしみ出しメタライズ層に
しみ込むものである。

この現象を利用することによりメタライズ層の窒化アル
ミニウム基板に対する接合強度を高めることが出来る。

しかしながら、窒化アルミニウム基板に存在する粒界物
質つまりＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合物の分布は不均一
であり、このため窒化アルミニウム基板からＡｇ２Ｏ３
とＹ２Ｏ３の化合物がしみ出してメタライズ層にしみ込
む状態も不均一となる。従って、メタライズ層と窒化ア
ルミニウム基板との接合強度が部分的に異なり接合強度
にバラツキを生じる。しかも、窒化アルミニウム焼結体
を製作する工程の面では、窒化アルミニウム焼結体の内
部において粒界物質であるＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合
物を均一に存在させるようにυＩＩＯすることは極めて
困難である。

そこで、発明者は窒化アルミニウム基板の内部に存在す
る粒界物質にだけ依存するのではなく、外部からこの粒
界物質と同じＡｌ２２ＯｓとＹ２Ｏｓの化合物を供給し
窒化アルミニウム基板の表面にメタライズ層を形成する
ことに着目した。

そして、この方法によればメタライズ層にＡｌ２Ｏ３と
Ｙ２Ｏ３の化合物を均一に分布させるように制御するこ
とが可能であり、メタライズ層を窒化アルミニウム基板
に対して均一な接合強強度で接合することが出来ること
を見出した。ざらにこの考え方に基づく具体的な方法と
して、メタライズ用ペーストに化合物成分をを添加して
メタライズ層を形成する方法と、窒化アルミニウム基板
の表面に化合物の層を形成し、その上にメタライズ層を
形成する方法を見出した。

本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

以下本発明について説明する。

本発明の回路基板を第１図について説明する。

図中１は窒化アルミニウムの焼結体からなる窒化アルミ
ニウム基板である。この窒化アルミニウム基板１は、焼
結密度を高めるために焼結助剤として窒化アルミニウム
に例えばＹ２Ｏ３を添加した粉末を用いて成形、焼結し
て製作したものである。窒化アルミニウム基板に添加す
るＹ２Ｏ３の割合は重量比で０．１〜１０％である。

２は窒化アルミニウム基板１の表面に形成して接合され
たメタライズ層である。このメタライズＨ２はモリブデ
ンまたはタングステンを主成分とし、活性化金属として
チタン、ジルコニウムまたはハフニウム具体的にはチタ
ン、ジルコニウムまたはハフニウムの酸化物、窒化物、
塩化物などの化合物を添加してなるペーストを窒化アル
ミニウム基板１の表面に塗布し焼成して形成したもので
ある。このメタライズ層２においてモリブデン、タング
ステンは焼成時に酸化されない耐熱金属であり、活性化
金属は焼成時に高温下で活性となり窒化アルミニウム基
板１の窒化アルミニウムと反応しメタライズｍ２を富化
アルミニウム基板１と接合させる金属である。また、こ
のメタライズ層２はＡ１２ＯｉとＹ２Ｏ３の化合物、す
なわち窒化アルミニウム基板１における粒界物質と同じ
成分のものがメタライズ層２全体に均一に分散して存在
している。この化合物はメタライズ層２の焼成時に溶融
してメタライズ層２を窒化アルミニウム基板１に接合す
る作用をするものである。

Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合物がメタライズ層２に存在
する割合は重量比で３〜２５％である。これはメタライ
ズ１１２に存在する化合物の量が多過ぎるとメタライズ
層２がＡｌ２２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合物で覆われてしま
い、また化合物の量が少な過ぎるとメタライズ層２と窒
化アルミニウム基板１との接合強度が小さくなるからで
ある。

なお、メタライズ層２の表面には例えばＮｉメッキを施
し、ざらにＡＱろうにより半導体素子を取付ける。

このように構成された回路基板においては、メタライズ
層２に窒化アルミニウム基−板１における粒界物質と同
じ成分のＡｎ２ＯｓとＹ２Ｏ３の化合物が含まれている
ためにこの化合物が窒化アルミニウム基板１に対して強
い親和力を持った接着剤として作用してメタライズ層２
が窒化アルミニウム基板２に対して接合される。すなわ
ち、メタライズ層は窒化アルミニウム基板１に対する親
和性が良く窒化アルミニウム基板１に大きな接合強度を
持って接合する。特にメタライズ層２を形成する時にＡ
ｎ２ＯｉとＹ２Ｏ３の化合物の分布を均一になるように
容易に制御でき、化合物がメタライズ層２の全面に屋り
均一に分散しているので、メタライズ層２が全面に屋り
窒化アルミニウム基板１に均一な接合強度をもって接合
する。また、メタライズ層２の高温での焼成時に窒化ア
ルミニウム基板１に存在する粒界物質が溶融して表面に
しみ出しメタライズ層２に浸透してくるが、メタライズ
層２に既にＡｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合物が存在し窒化
アルミニウム基板１の接合強度を規定しているために、
粒界物質の浸透による接合強度の不均一さを生じない。

次に本発明の回路基板の製造方法を説明する。

この製造方法はメタライズ層に化合物を含ませる方法に
より２通りに分類できる。

その一つは窒化アルミニウム基板の表面に化合物を塗布
し、その上にメタライズ用ペーストを塗布して一体に焼
成する方法である。この方法では、先ずＡｎ２Ｏ３とＹ
２Ｏ３の化合物を粉末化し、この粉末をペースト状にす
る。次にこのペスートまたは溶液を窒化アルミニウム基
板の表面に均一な厚みで塗布する。その後に前記化合物
層の表面にＭＯまたはＷを主成分とし且つ活性化金属を
添加してなるペーストを塗布する。各層の塗布する厚さ
の一例は、窒化アルミニウム基板の厚さが０．６ａｍと
した場合、化合物の厚さが２ｐ１１、メタライズ用ペー
ストの厚さが１０譚で、化合物とメタライズ用ペースト
の合計厚さが１２−である。

そして、化合物層とメタライズ用ペースト層を一体に焼
成する。この焼成時に化合物層が溶融してメタライズ層
にしみ込みとともに窒化アルミニウム基板と接着して、
メタライズ層が窒化アルミニウム基板に強固に且つ均一
に接合される。

他の方法は、ＡｆｆｉｚＯ３とＹ２Ｏ３の化合物あるい
はＡＱ２ｏ３とＹ２Ｏ３を夫々単独で添加したベタライ
ズ用ペーストを窒化アルミニウム基板の表面に塗布して
焼成する方法である。

Ａｌ２２ＯａとＹ２Ｏ３を単独で添加する場合には、メ
タライズ用ペーストに対する合計の添加割合を例えば重
量比で５％、Ａｆｆｚ　０３　：Ｙ２Ｏ３相互の割合を
例えば５：３とする。Ａｇ２Ｏ３とＹ２Ｏ３の化合物を
添加する場合には、メタライズ用ペーストに対する添加
割合を重量比で５％である。このようにＡｌ１２Ｏａと
Ｙ２Ｏ３を化合物または単独の状態で添加したメタライ
ズ用ペーストは良く混練する。そして、このメタライズ
用ペーストを窒化アルミニウム基板の表面に塗布して焼
成する。この場合の塗布厚さは、窒化アルミニウム基板
０．６ａｓに対して１０ｍである。焼成時の温度パター
ンは前記の方法の場合と同じである。

この焼成によりペーストに単独で添加したＡｎ２Ｏ３と
Ｙ２Ｏ３は反応して化合物を生成する。このようにして
形成したメタライズ層は窒化アルミニウム基板に強固に
且つ均一な接合強度で接合される。

次に本発明の回路基板における窒化アルミニウム基板と
メタライズ層との接合強度を測定し管理して、回路基板
の品質を保証する方法について説明する。

この方法はメタライズ層に含まれるＡｌ２ＯａとＹ２Ｏ
３の化合物のＸ線回折強度と、窒化アルミニウム基板と
メタライズ層との接合強度が比例関係にあることに着目
してなされたものである。

窒化アルミニウム基板に前述した方法によりメタライズ
用ペーストを塗布し、例えば焼成温度１８００℃、１７
５０℃、１７００℃テ焼成シテＭＯ２ｔＣはＷを主ａ分
、！：ＬＡ１ｚ　ＯｓとＹｚ　０３の化合物を含むメタ
ライズ層を形成した３種類の基板を用意する。各基板に
対してＸ１回折装置により窒化アルミニウム基板とメタ
ライズ層の化合物層との×１回折強度を測定する。次に
各基板に対してメタライズ層の窒化アルミニウム基板に
対する接合強度すなわち引張り強度を測定する引張り試
験を行なった。この結果、メタライズ層の引張り強度と
（化合物／ＭＯ，Ｗ）強度比との間には第２図の縮図に
示す関係が成立することが分った。従って、回路基板の
メタライズ層に対しＸ線回折強度の測定を行ない、その
結果を第２図の線図に当てはめて調べることによりメタ
ライズ層の窒化アルミニウム基板に対する接合強度（引
張り強度）を知ることができる。例えばメタライズ層の
接合強度を２　ｈ　／　ｔｍ　２以上確保する場合には
、第２図で示す様に（化合物／Ｍｏ、Ｗ）強度比が１．
０以上である回路基板を選択すれば良い。

この方法によれば、回路基板のメタライズ層の接合強度
を破壊試験によらず容易且つ正確に測定することができ
る。

〔実施例〕

実施例：１窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ３を重量比で３％添加し
た粉末をドクターグレード法で成形し、この成形体を窒
素ガス雰囲気、温度約１８００℃、時間２時間の条件で
焼成し厚さ０．３５ｍｍの窒化アルミニウム基板を製作
した。また、Ｍｏ：ＴｉＮ−１：１のペーストにＡｊ２
２Ｏ３　：Ｙ２Ｏ３−５：３の比で調合した粉末を重量
比で５％添加し混練した。このペーストを窒化アルミニ
ウム基板に厚さ１０ｍで塗布し、窒素ガス雰囲気の中１
７００℃で５時間焼成しメタライズ層を形成した。この
回路基板のメタライズ層のＸＩａ回折強度を測定した結
果、（化合物／ＭＯ）強度比は１．０であった。この回
折強度比を第２図の線図に合わせてメタライズ層の接合
強度を調べたところ約２゜１＃／ａ２であった。また、
メタライズ層は均一に窒化アルミニウム基板に接合して
いた。

実施例＝２実施例と同じ窒化アルミニウム基板を製作した。

また、Ａｊ２２Ｏ３　　：Ｙ２Ｏ３−５　：３のｆｌＥ
合物からなるペーストを形成し、このペーストを実施例
１と同じ条件で製作した窒化アルミニウム基板の表面に
印刷法により厚さ２−で塗布した。次いで、このペース
ト層の上にＭｏ：ＴｉＮ−１：１かうなるペーストを厚
さ１０譚で塗布した後に焼成を行ないメタライズ層を形
成した。このメタライズ一層の接合強度を測定したとこ
ろ２．８に９／ｍ２であった。

比較例実施例１同じ条件で製作した窒化アルミニウム基板の表
面にＭｏ：ＴｉＮ−１：１からなるペーストを厚ざ１０
ＪＩＲで塗布して焼成を行ないメタライズ層を形成した
。このメタライズ層の接合強度を測定したところ平均で
２　Ｋｇ　／　ｓ　２であった。しかし、メタライズ層
の接合強度は±１．５に９／ｌｌｍ２でばらついた。

［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
基板にＭＯやＷかうなるメタライズ層を強固に且つ均一
な接合強度で接合した島い信頼性をもった回路基板を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路基板を示す断面図、第２図はメタ
ライズ層の基板に対する接合強度を測定するための方法
を説明するための縮図である。１・・・窒化アルミニウム基板、２・・・メタライズ層
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化アルミニウム焼結体からなる基板と、この窒
化アルミニウム基板の表面に形成されたモリブデンまた
はタングステンを主成分として活性化金属を添加してな
るメタライズ層とを備え、このメタライズ層にはＡｌ＿
２Ｏ＿３とＹ＿２Ｏ＿３の化合物が存在していることを
特徴とする回路基板。
（２）メタライズ層はＡｌ＿２Ｏ＿３とＹ＿２Ｏ＿３を
単独であるいは両者の化合物を含むメタライズ用ペース
トを塗布し焼成して形成したものである特許請求の範囲
第１項記載の回路基板。
（３）メタライズ層は窒化アルミニウム基板の表面に塗
布したＡｌ＿２Ｏ＿３とＹ＿２Ｏ＿３の化合物のペース
ト層の上にメタライズ用ペーストを塗布し焼成して形成
したものである特許請求の範囲第１項記載の回路基板。