JP2002016365A

JP2002016365A - 窒化珪素質配線基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002016365A
Application number: JP2000194400A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Makino; 晃久牧野; Tomohide Hasegawa; 智英長谷川; Masanobu Ishida; 政信石田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗の内部メタライズ配線層を具備するとと
もに、絶縁基板の表面平滑性に優れた窒化珪素質配線基
板を提供する。【解決手段】窒化珪素を主成分とするセラミックグリー
ンシートの表面に、平均粒径が０．８〜１２μｍのＷＣ
粉末を導体成分とする導体ペーストを印刷塗布した後、
１６５０〜１８００℃の常圧下で、窒素含有雰囲気中で
焼成して、相対密度が９０％以上の窒化珪素質セラミッ
クスからなる絶縁基板１と、タングステンシリサイド
（Ｗ₅Ｓｉ₃）の（４１１）面のＸ線回折主ピーク強度を
Ｉ₁、前記タングステンの（１１０）面のＸ線回折ピー
ク強度をＩ₂とした時、Ｉ₁／Ｉ₂で表されるピーク強度
比が０．１以下の内部メタライズ配線層２ａを具備し、
絶縁基板１表面が表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下
の焼き肌面によって形成されてなる配線基板を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素を主体と
するセラミックスを絶縁基板とし、その表面あるいは内
部にメタライズ配線層を具備する配線基板に関し、主に
パワー系デバイスを用いた配線基板として適用される表
面平滑性に優れた窒化珪素質配線基板とその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業機器の分野ではＭＯＳＦＥＴ
やＩＧＢＴなどのパワー系デバイスを用いたパワーモジ
ュールが電車、電気自動車などの電動車両における制御
基板に適用されつつある。これらのパワー系デバイスに
使用される電流は数十〜数百Ａを超え、また電圧も数千
Ｖと非常に高電力となるため、パワー系デバイスから発
生する熱も大きくなる。これによるデバイスの誤動作あ
るいは破壊を防止するために、発生熱をいかに系外に放
出するかが大きな問題になっており、このような熱を装
置外に放出可能な配線基板が必要とされている。

【０００３】従来より、デバイスから発生した熱を放熱
するための好適な絶縁材料としては、酸化ベリリウム、
窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられてきた
が、量産性、安全性などの点から窒化アルミニウム質セ
ラミックスが最も多く用いられてきた。また、配線基板
として窒化アルミニウム質セラミックスの表面あるいは
内部にタングステンなどの高融点金属からなる配線層を
被着形成したセラミック配線基板が多用されているしかし、電動車両におけるパワーモジュール基板として
適用するためには、高熱伝導性のみならず、高い耐久性
を有することが必要であるが、窒化アルミニウム質セラ
ミックスは、強度が低いため、過酷な条件下で使用され
る電動車両などの絶縁基板材料では充分な特性を有する
ものではなかった。

【０００４】そこで、高熱伝導性とともに高強度、高信
頼性の要求に応える材料として、最近、窒化珪素質焼結
体が注目されてきている。従来より、窒化珪素質焼結体
は、エンジンなどの高温構造材料として盛んに研究、開
発されており、通常、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃などの希土
類金属酸化物を添加し、１８００〜２０００℃という非
常に高い温度で、また窒化珪素の高温での分解反応を抑
えるため数〜１００気圧の加圧窒素雰囲気中で焼成さ
れ、作製されている。

【０００５】一方、耐熱特性がさほど要求されない場合
は、焼結助剤としてさらにアルミナやアルカリ土類金属
酸化物を添加することにより１７００〜１８００℃の比
較的低温で焼成することにより作製されている。

【０００６】窒化珪素はその構成元素や結晶構造から高
熱伝導性を有すると予測されながら、構造用材料の研究
に比べ配線基板としての研究はあまりなされていなかっ
た。最近になって、高温構造材料としての窒化珪素の熱
伝導率がかなり高いことが注目されており、放熱性を要
する配線基板への検討が始まっている。

【０００７】このような窒化珪素質焼結体を絶縁基板と
した配線基板を作製する場合、絶縁基板内部にメタライ
ズ配線層を具備する配線基板を絶縁基板との同時焼成に
よって形成することが行なわれている。

【０００８】絶縁基板内部にメタライズ配線層を具備す
る配線基板を得る場合、絶縁基板の焼成温度が高いこと
からタングステンなどの高融点金属によってメタライズ
配線層を形成する必要があった。

【０００９】例えば、特開平７−１４９５８８号におい
ては、窒化珪素グリーンシートの表面に平均粒径が２μ
ｍ以下のタングステンやモリブデンの粉末を含有する導
体ペーストを印刷塗布し、窒化珪素の分解を抑制するた
めに１８００〜２０００℃の高圧窒素雰囲気中で焼成す
ることが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タング
ステンなどの高融点金属を主体とする導電性ペーストを
窒化珪素質セラミックスのグリーンシートの表面に印刷
塗布した後、これを積層し同時焼成すると、タングステ
ンなどの高融点金属は、窒化珪素と反応して高抵抗のシ
リサイド化合物を形成してしまうために、低抵抗の内部
配線層を形成することが難しかった。

【００１１】また、タングステンと、タングステンシリ
サイドとの比重の差が著しく大きいため、シリサイドが
形成された場合に、内部配線層が体積膨張し、配線基板
全体に反りなどの変形が生じるという問題があり、窒化
珪素質配線基板の実用化を大きく阻害していた。

【００１２】このようなシリサイド化合物の形成は、特
開平７−１４９５８８号にて提案されるように、窒素ガ
スによる高圧雰囲気中で焼成することにより比較的抑制
することが可能である。しかしながら、このような高圧
の窒素雰囲気中で焼成した場合においても窒化珪素表面
の分解を完全に抑制することができないために、窒化珪
素質配線基板の表面に荒れが生じるために、配線基板と
して例えば、表面に銅板などを貼りつけ、密着性を高め
るためには、絶縁基板表面を研磨することが必要であっ
た。

【００１３】従って本発明は、低抵抗の内部メタライズ
配線層を具備するとともに、絶縁基板の表面平滑性に優
れた窒化珪素質配線基板を提供することを目的とするも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うに絶縁基板内部のメタライズ配線層を窒化珪素質焼結
体からなる絶縁基板と同時焼成して形成する場合、シリ
サイドの形成を抑制し、内部メタライズ配線層の低抵抗
化を図る方法について検討を重ねた結果、グリーンシー
トに印刷するペースト中の導電性粉末として、従来から
用いられてきたタングステン粉末に代えて、所定の粒径
を有するタングステンカーバイド粉末を用い、これを非
酸化性雰囲気中の常圧雰囲気中で焼成することにより、
タングステンに変換し、なおかつ高抵抗化の要因がＷ₅
Ｓｉ₃の生成によるもので、Ｗ₅Ｓｉ₃の生成を低減する
ことによって、低抵抗の内部メタライズ配線層が形成で
きるとともに、絶縁基板の表面の平滑性を向上できるこ
とを見出した。

【００１５】即ち、本発明の窒化珪素質配線基板は、窒
化珪素を主成分とする相対密度９０％以上のセラミック
スからなる絶縁基板と、該絶縁基板の少なくとも内部に
設けられたメタライズ配線層とを具備する配線基板であ
って、前記内部メタライズ配線層が、タングステン
（Ｗ）と、タングステンカーバイド（ＷＣ）及び／また
はα−タングステンカーバイド（Ｗ₂Ｃ）とを含み、タ
ングステンシリサイド（Ｗ₅Ｓｉ₃）の（４１１）面のＸ
線回折主ピーク強度をＩ₁、前記タングステンの（１１
０）面のＸ線回折ピーク強度をＩ₂としたとき、Ｉ₁／Ｉ
₂で表されるピーク強度比が０．１以下であり、且つ前
記絶縁基板表面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下
の焼き肌面によって形成されてなることを特徴とするも
のである。

【００１６】なお、前記絶縁基板は、熱伝導率が４０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上、および／または室温における３点曲げ強
度が７００ＭＰａ以上であること、さらには、組成上、
窒化珪素を主成分とし、希土類金属及びＭｇを酸化物換
算による合量で４〜３０モル％と、前記希土類金属の酸
化物（ＲＥ₂Ｏ₃）換算およびＭｇの酸化物（ＭｇＯ）換
算によるモル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が０．１〜１５で
あり、且つＡｌ含有量が酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）換算で１．
０モル％以下であることが望ましい。

【００１７】また、本発明の窒化珪素質配線基板の製造
方法は、窒化珪素を主成分とするセラミックグリーンシ
ートの表面に、平均粒径が０．８〜１２μｍのタングス
テンカーバイド粉末を主たる導体成分とする導体ペース
トを回路パターン状に印刷塗布した後、該グリーンシー
トを積層し、１６５０〜１８００℃の常圧下で、少なく
とも窒素を含有する非酸化性雰囲気中で焼成することを
特徴とするものであり、前記グリーンシート中のセラミ
ック成分が、窒化珪素を主成分とし、希土類金属及びＭ
ｇを酸化物換算による合量で４〜３０モル％と、前記希
土類金属の酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）換算およびＭｇの酸化物
（ＭｇＯ）換算によるモル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が
０．１〜１５であり、且つＡｌ含有量が酸化物（Ａｌ₂
Ｏ₃）換算で１．０モル％以下の割合で含有することが
望ましい。

【００１８】本発明の窒化珪素質配線基板によれば、内
部メタライズ配線層を窒化珪素質焼結体からなる絶縁基
板と同時焼成して形成する場合、窒化珪素質セラミック
グリーンシートに印刷するペースト中の導電性粉末とし
て、従来から用いられてきたタングステン（Ｗ）粉末に
代えて、平均粒径が０．８〜１２μｍのタングステンカ
ーバイド粉末を用い、かつこれを常圧の非酸化性雰囲気
中で焼成することにより、タングステンカーバイドをタ
ングステンに変換するとともに、タングステンシリサイ
ドの形成を抑制できる。

【００１９】特に、前記メタライズ配線層をタングステ
ン（Ｗ）と、タングステンカーバイド（ＷＣ）及び／ま
たはα−タングステンカーバイド（Ｗ₂Ｃ）とを含み、
タングステンシリサイド（Ｗ₅Ｓｉ₃）の（４１１）面の
Ｘ線回折主ピーク強度をＩ₁、前記タングステンの（１
１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩ₂とした時、Ｉ₁／Ｉ
₂で表されるピーク強度比を０．１以下とすることによ
り、内部メタライズ配線層の低抵抗化を図ることができ
る。

【００２０】また、同時に、常圧による焼成によって絶
縁基板の表面の平滑性を高めることができ、基板表面の
研磨を必要がなく、銅板などを焼き肌面に対して直接接
合することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の窒化珪素質配線基
板について詳細に述べる。図１は、本発明の窒化珪素質
配線基板Ａの概略断面図である。この図１の配線基板Ａ
において、絶縁基板１は、窒化珪素を主体とするセラミ
ックスから構成されるものであり、この絶縁基板１の少
なくとも内部にメタライズ配線層２ａが配設されてお
り、また、所望により絶縁基板１の表面にもメタライズ
配線層２ｂが被着形成され、また、異なる層間のメタラ
イズ配線層を接続するためのビアホール導体３が設けら
れている。

【００２２】本発明によれば、少なくとも内部メタライ
ズ配線層２ａを具備し、その内部メタライズ配線層２ａ
が、タングステン（Ｗ）と、タングステンカーバイド
（ＷＣ）及び／またはα−タングステンカーバイド（Ｗ
₂Ｃ）とを含み、タングステンシリサイド（Ｗ₅Ｓｉ₃）
の（４１１）面のＸ線回折主ピーク強度をＩ₁、前記タ
ングステンの（１１０）面のＸ線回折ピーク強度をＩ₂
とした時、Ｉ₁／Ｉ₂で表されるピーク強度比が０．１以
下、特に０．０５以下であることが重要である。

【００２３】これは、内部メタライズ配線層２ａの低抵
抗化を図る上で不可欠であり、上記Ｉ₁／Ｉ₂で表される
ピーク強度比が０．１よりも大きいと低抵抗化を図るこ
とが難しく回路形成用として適さなくなるためである。

【００２４】一方、絶縁基板１を構成する窒化珪素質セ
ラミックスは、焼結体の断面における電子顕微鏡写真よ
り求めた平均アスペクト比が１．５〜５、短軸径が０．
１〜１μｍの窒化珪素結晶を主体としてなる。本発明に
よれば、この絶縁基板１の表面は、表面粗さ（Ｒｍａ
ｘ）が１０μｍ以下、特に６μｍ以下の焼き肌面からな
ることが大きな特徴である。この表面粗さが１０μｍよ
りも大きいと、銅板などの回路やヒートシンクと接合す
る場合に高い接合強度が得られないために、表面を研磨
することが必要となるためである。

【００２５】このように絶縁基板の平滑性を高める上で
は、低温で且つ常圧下で焼成することが必要である。従
って、低温、常圧下での焼成による緻密化を実現する上
で、この窒化珪素質セラミックス中には、焼結助剤とし
て希土類金属及びＭｇを含有することが望ましい。この
希土類金属（ＲＥ）及びＭｇは酸化物換算による合量で
４〜３０モル％、特に５〜２５モル％の範囲で配合さ
れ、前記希土類金属（ＲＥ）の酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）換算
およびＭｇの酸化物（ＭｇＯ）換算によるモル比（ＲＥ
₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が０．１〜１５、特に０．５〜１３の範
囲となることが望ましい。

【００２６】これは上記合量が４モル％より少ない場合
では常圧下で密度化を図る上では不十分であって、高温
での焼成を必要とし、その結果、高圧窒素雰囲気中での
焼成が必要となり、絶縁基板表面に荒れが生じてしま
う。また、上記合量が３０モル％を越えると、セラミッ
クス中での粒界相の占める割合が増加するためにセラミ
ックスの熱伝導率が低下する。またＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯの
比率が１５を越えたり、０．１より小さくなっても緻密
化は不十分となり熱伝導率は低下する。

【００２７】また、上記希土類金属およびＭｇに加え、
Ａｌ₂Ｏ₃などのＡｌ化合物の配合は、焼結性の向上に大
きく寄与するが、Ｓｉ₃Ｎ₄結晶中に固溶してフォノンの
伝播を阻害する結果、焼結体の熱伝導率を著しく低下さ
せるため、高熱伝導化のためには存在しないことが望ま
しく、具体的には、Ａｌ含有量は酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）換
算で１．０モル％以下、望ましくは０．５モル％以下、
より望ましくは０．１モル％以下、更には０．０１モル
％以下にするのが良い。

【００２８】上記希土類金属（ＲＥ）としてはＹ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの何れの元素
でも好適に用いることができるが、これらの中でもＹ、
Ｃｅ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｇｄ、Ｌｕとりわけ
Ｙ、Ｅｒが特性、コストの点で望ましい。

【００２９】なお、このセラミックス中には着色成分と
してＴｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｗなど周期律表第４ａ、５ａ、６ａ属金属のうち少なく
とも１種を０．０５〜１重量％の割合で含んでいてもよ
い。

【００３０】また、本発明における絶縁基板を構成する
窒化珪素質セラミックスは、上記の各成分組成からなる
ものであるが、その相対密度が９０％以上、特に９５％
以上であることが高熱伝導化を図る上で重要であり、相
対密度が９０％よりも低いと熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋの
達成は難しい。また、絶縁基板のヤング率が３００ＧＰ
ａよりも高いと、応力存在下でのたわみ量が小さくな
り、チップ実装時に破壊するために、ヤング率は３００
ＧＰａ以下が望ましい。また、相対密度が９８．５％よ
りも高いと、焼結体は十分に緻密化されているため、焼
結体中の気孔は減少し、ヤング率は３００ＧＰａよりも
高くなるために、この相対密度は９８．５％を上限とす
ることが望ましい。

【００３１】本発明の窒化珪素質配線基板を製造するに
は、まず、窒化珪素粉末に対して、焼結助剤として、希
土類金属化合物、Ｍｇ化合物、場合によってはＡｌ化合
物を前述の比率に配合する。なお、焼結助剤となる化合
物は、酸化物、炭酸塩、酢酸塩など焼成によって酸化物
を形成しうる化合物であることが望ましい。

【００３２】用いる窒化珪素粉末としては不純物酸素量
が０．５〜３．０重量％のものが望ましい。これは不純
物酸素量が３．０重量％よりも多いと、焼結体表面が荒
れ、強度劣化を招く虞があり、０．５重量％よりも少な
いと焼結性が悪くなるためである。また、平均粒径は、
０．１〜１．５μｍであり、α率が８０％以上であるこ
とが望ましい。

【００３３】次に、該混合粉末に有機バインダーと溶剤
とを添加して調製しドクターブレード法、圧延法、押し
出し成形法等の周知の成形方法で窒化珪素質セラミック
スグリーンシートを作製する。

【００３４】その後、このグリーンシートに対して、メ
タライズ配線層を形成するための導体ペーストをスクリ
ーン印刷法などによって配線パターン状に印刷塗布す
る。この時に用いる導体ペーストとしては、導体成分と
して、タングステンカーバイド粉末を主たる導体成分と
することが重要である。この導体成分として、従来から
用いられているＷ粉末を用いると、常圧焼結中にタング
ステンシリサイドが多量に生成され、配線層の抵抗を高
めてしまうためである。

【００３５】上記タングステンカーバイド粉末として
は、平均粒径が０．８〜１２μｍ、特に２〜８μｍであ
ることが重要である。これは、平均粒径が０．８μｍよ
りも小さいと、窒化珪素との反応性が促進され、タング
ステンシリサイドの生成が多くなりやすく、１２μｍよ
りも大きいと、メタライズ配線層の焼結性が低下し低抵
抗のメタライズ配線層が形成できないためである。

【００３６】また、上記の導体ペーストには、前記導体
成分以外に有機バインダおよび溶剤を配合し、混練する
ことにより所定の粘度に調整される。有機バインダとし
ては、アクリル樹脂等が、また溶剤としては酢酸エテ
ル、ＩＰＡ、アセトン等が使用できる。

【００３７】その後、導体ペーストを配線パターン状に
印刷塗布した後、該グリーンシートを積層圧着した後、
グリーンシートを弱酸化性雰囲気中、所定温度で脱バイ
ンダー処理した後、焼成して相対密度９０％以上に緻密
化する。

【００３８】焼成にあたっては、焼成温度を１６５０〜
１８００℃に設定することが重要である。これは、焼成
温度が１６５０℃よりも低いと、相対密度は９０％まで
到達しなくなり、１８００℃よりも高いと窒化珪素は分
解し、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以上となるため
である。

【００３９】また、この時の焼成雰囲気としては、少な
くとも窒素を含有する非酸化性雰囲気中で行う。また、
この時の雰囲気中には、ＳｉＯガスを含有することが望
ましい。このＳｉＯガスを含有させることにより、窒化
珪素の分解を抑制できるために、タングステンのシリサ
イド化をさらに抑制することができる。このＳｉＯガス
は、焼成炉内に成形体とともに、ＳｉＯ₂粉末、あるい
はＳｉ／ＳｉＯ₂混合粉末を配置しておくことにより、
焼成時にこれらの粉末の分解反応によって発生させるこ
とができる。このようにして少なくとも内部にメタライ
ズ配線層が形成された窒化珪素質配線基板を作製するこ
とができる。

【００４０】また、作製した窒化珪素質配線基板におけ
る表面のメタライズ配線層を形成する方法としては、絶
縁基板との同時焼成以外に、焼成された絶縁基板の表面
に銅厚膜ペーストを配線パターン状に印刷塗布し、８０
０〜９００℃で焼き付け処理を行う方法、焼成後の絶縁
基板の表面にＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ等のロウ材ペーストを塗
布し、Ｃｕ板やＣｕ箔を８００℃〜９００℃の温度にて
焼き付けして接合する方法、さらには接合されたＣｕ板
やＣｕ箔を露光、現像、エッチングによって配線パター
ン状に形成する等の方法が挙げられる。

【００４１】

【実施例】以上、本発明を一実施例に基づき詳細に述べ
る。

【００４２】平均粒径が１．２μｍ、酸素量が１．３重
量％、α率９３％の直接窒化法により製造された窒化珪
素原料粉末に、各種希土類金属酸化物、ＭｇＣＯ₃、場
合によってはＡｌ₂Ｏ₃粉末を混合したものに対して成形
用バインダーとしてアクリル樹脂バインダーを、溶剤と
してトルエンを添加し、混練スラリー化し、ドクターブ
レード法によりグリーンシートを得た。

【００４３】一方、導体材料として表１の平均粒径のＷ
Ｃ粉末、Ｗ粉末（平均粒径２μｍ）に有機バインダとし
てアクリル樹脂を、溶剤としてアセトンを添加混合して
導体ペーストを調製した。

【００４４】そして、この導体ペーストを内部メタライ
ズ配線層用として所定のグリーンシートの表面に印刷塗
布した後、それらを積層し、弱酸化性雰囲気中、所定温
度でＮ₂＋Ｈ₂＋Ｈ₂Ｏの雰囲気中、７００℃の温度で脱
バインダーした後、表１に示す焼成温度および窒素ガス
圧力下で焼成し、配線基板評価用の試料を作製した。な
お、雰囲気中としては窒素ガスに加え、成形体の周囲に
Ｓｉ／ＳｉＯ₂混合粉末を配置してＳｉＯガスを発生さ
せた。

【００４５】また、絶縁基板の評価用として表１に示す
各組成物を、直径１２ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状及び強
度測定用に６０×６×４ｍｍの角柱に成形し、同様に表
１に示す条件で焼成した。

【００４６】得られた絶縁基板の評価用試料を用いて、
まずアルキメデス法により窒化珪素質セラミックスの密
度を測定し、理論密度に対する比率である相対密度
（％）を算出した。ついでレーザーフラッシュ法により
熱伝導率を、ＪＩＳＲ１６０１に基づく３点曲げ試験に
より３点曲げ強度をそれぞれ室温中で測定した。

【００４７】また、配線基板評価用試料について、その
基板の内部メタライズ配線層の導通抵抗を４端子法によ
って測定した。また、内部メタライズ配線層が露出する
ように絶縁基板を研削除去した後、そのメタライズ配線
層に対して、Ｘ線回折測定を行い、メタライズ配線層の
構成相と、２θ＝５４．７°付近のタングステンシリサ
イド（Ｗ₅Ｓｉ₃）の（４１１）面Ｘ線回折主ピーク強度
をＩ₁、２θ＝５１．３°付近のタングステンの（１１
０）面のＸ線回折ピーク強度をＩ₂とした時のＩ₁／Ｉ₂
で表されるピーク強度比を算出した。さらに、配線基板
の表面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結
果は表２に示した。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】表１、２の結果から明らかなように、希土
類金属（ＲＥ）及びＭｇを酸化物換算による合量で４〜
３０モル％と、前記希土類金属およびＭｇの酸化物換算
によるモル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が０．１〜１５であ
り、且つＡｌ含有量が酸化物換算で１．０モル％以下の
割合から逸脱する試料Ｎｏ．１、１９、２４は、いずれ
も相対密度が９０％よりも小さく、その結果、強度、熱
伝導性が低く、しかも表面粗さが１０μｍを超えるもの
であった。

【００５１】また、焼成温度が１８００℃よりも高く高
圧窒素中で焼成した試料Ｎｏ．７では、タングステンシ
リサイドの形成を比較的抑制できるものの、表面粗さが
１０μｍを超えるものであった。また、メタライズ原料
粉末としてタングステン粉末を用いた試料Ｎｏ．８〜１
０は、常圧あるいは高圧窒素中で焼成してもタングステ
ンシリサイドの形成を抑制することがむずかしかった。

【００５２】さらに、タングステンカーバイド粉末の粒
径が０．８μｍよりも小さい試料Ｎｏ．１３では、Ｉ₁
／Ｉ₂が０．３とシリサイドが多量に形成され、１２μ
ｍよりも大きい試料Ｎｏ．１８では、メタライズ配線層
の焼結が進まず、導通抵抗が高くなった。

【００５３】これらの比較例に対して、本発明の配線基
板は、内部メタライズ配線層はピーク強度比が０．１以
下であり、いずれも５０ｍΩ／□以下の低抵抗を有し、
しかも表面粗さも１０μｍ以下の平滑性に優れたもので
あった。特に、絶縁基板の組成を、窒化珪素を主成分と
し、希土類金属（ＲＥ）及びＭｇを酸化物換算による合
量を４〜３０モル％、前記希土類金属の酸化物（ＲＥ₂
Ｏ₃）換算およびＭｇの酸化物（ＭｇＯ）換算によるモ
ル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）を０．１〜１５、Ａｌ含有量
を酸化物換算で１．０モル％以下とすることにより、相
対密度９０％以上、熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、室温
における３点曲げ強度が７００ＭＰａ以上の優れた特性
が得られた。なお、本発明による絶縁基板のヤング率を
超音波パルス法により測定した結果、いずれも３００Ｇ
Ｐａ以下であった。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の窒化珪素
質配線基板によれば、絶縁基板と同時焼成される内部メ
タライズ配線層の低抵抗化を図ることができるととも
に、絶縁基板表面の平滑性を高めることができる。その
結果、多層配線化することが可能であるとともに、基板
表面の研磨処理を施すことなく、銅板などとの接合が可
能であり、各種パワーモジュールの配線基板として幅広
い分野に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窒化珪素質配線基板の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１絶縁基板２ａ内部メタライズ配線層２ｂ表面メタライズ配線層３ビアホール導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ＤＦターム(参考） 4E351 AA08 AA17 BB01 BB24 BB31 CC12 DD17 DD29 GG01 4G001 BA03 BA06 BA08 BA09 BA11 BA32 BA73 BA81 BB03 BB06 BB08 BB09 BB11 BB32 BC12 BC13 BD03 BD14 BD23 5E346 AA02 AA12 AA15 AA38 BB01 CC19 CC36 DD02 DD34 EE24 EE26 EE27 GG06 GG09 HH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化珪素を主成分とする相対密度が９０％
以上のセラミックスからなる絶縁基板と、内部メタライ
ズ配線層とを具備する配線基板であって、前記内部メタ
ライズ配線層が、タングステン（Ｗ）と、タングステン
カーバイド（ＷＣ）及び／またはα−タングステンカー
バイド（Ｗ₂Ｃ）とを含み、タングステンシリサイド
（Ｗ₅Ｓｉ₃）の（４１１）面のＸ線回折主ピーク強度を
Ｉ₁、前記タングステンの（１１０）面のＸ線回折ピー
ク強度をＩ₂としたとき、Ｉ₁／Ｉ₂で表されるピーク強
度比が０．１以下であり、且つ前記絶縁基板表面が表面
粗さ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下の焼き肌面によって形
成されてなることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素
質配線基板。
【請求項２】前記絶縁基板の熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素質
配線基板。
【請求項３】前記絶縁基板の室温における３点曲げ強度
が７００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記
載の窒化珪素質配線基板。
【請求項４】前記絶縁基板が、窒化珪素を主成分とし、
希土類金属及びＭｇを酸化物換算による合量で４〜３０
モル％の割合で含み、前記希土類金属の酸化物（ＲＥ₂
Ｏ₃）換算およびＭｇの酸化物（ＭｇＯ）換算によるモ
ル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が０．１〜１５であり、且つ
Ａｌ含有量が酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）換算で１．０モル％以
下であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素質配
線基板。
【請求項５】窒化珪素を主成分とするセラミックグリー
ンシートの表面に、平均粒径が０．８〜１２μｍのタン
グステンカーバイド粉末を主たる導体成分とする導体ペ
ーストを回路パターン状に印刷塗布した後、該グリーン
シートを積層し、１６５０〜１８００℃の常圧下で、少
なくとも窒素を含有する非酸化性雰囲気中で焼成するこ
とを特徴とする窒化珪素質配線基板の製造方法
【請求項６】前記グリーンシート中のセラミック成分
が、窒化珪素を主成分とし、希土類金属及びＭｇを酸化
物換算による合量で４〜３０モル％と、前記希土類金属
の酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）換算およびＭｇの酸化物（Ｍｇ
Ｏ）換算によるモル比（ＲＥ₂Ｏ₃／ＭｇＯ）が０．１〜
１５であり、且つＡｌ含有量が酸化物（Ａｌ ₂Ｏ₃）換算
で１．０モル％以下であることを特徴とする請求項５記
載の窒化珪素質配線基板の製造方法