JP2003069172A - Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method - Google Patents

Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2003069172A
JP2003069172A JP2001258052A JP2001258052A JP2003069172A JP 2003069172 A JP2003069172 A JP 2003069172A JP 2001258052 A JP2001258052 A JP 2001258052A JP 2001258052 A JP2001258052 A JP 2001258052A JP 2003069172 A JP2003069172 A JP 2003069172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
circuit board
fired
substrate
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001258052A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Yano
圭一 矢野
Haruhiko Yamaguchi
山口  晴彦
Takayuki Naba
隆之 那波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001258052A priority Critical patent/JP2003069172A/en
Publication of JP2003069172A publication Critical patent/JP2003069172A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simultaneously baking silicon nitride circuit board which has a high thermal conductivity and excellent heat sink properties, which has a high strength and small occurrence of a fault due to a release of a conductor layer (metallized layer) and which can be formed in a small size and to provide a method for manufacturing the same. SOLUTION: The simultaneously baking silicon nitride circuit board 1a comprises a silicon nitride board 2a, and simultaneously baking metallized layers 3a, 3b integrally formed on at least a front surface of the board 2a and containing at least one type of high melting point metals of W and Mo as main components. The thermal conductivity of the board 2a is 60 W/m.K or more. An areal ratio of a crystal compound phase in a grain boundary phase of the board 2a with respect to an overall grain boundary phase is 20% or more.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化けい素基板に回
路としての導体層(メタライズ層)を同時焼成法によっ
て一体に形成した同時焼成窒化けい素回路基板およびそ
の製造方法に係り、特に優れた放熱性を有し、かつ高強
度で導体層の剥離による不良の発生が少なく、しかも小
型に形成することが可能な同時焼成窒化けい素回路基板
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a co-fired silicon nitride circuit substrate in which a conductor layer (metallized layer) as a circuit is integrally formed on a silicon nitride substrate by a co-firing method, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a co-fired silicon nitride circuit board that has heat dissipation properties, high strength, less defects due to peeling of a conductor layer, and can be formed in a small size, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子機器や半導体装置の構成部品とし
て、図1および図2に示すように、アルミナ(Al
)基板や窒化アルミニウム(AlN)基板などのセラ
ミックス基板2の表面に回路となる導体層(メタライズ
配線層)3を一体に形成した各種の回路基板(厚膜回路
基板)1が広く用いられている。また、上記セラミック
ス基板2の表面に、活性金属法や直接接合法を利用し
て、銅(Cu)などの導電材料で形成した金属回路板を
一体に接合した回路基板も広く用いられている。
2. Description of the Related Art As a component of an electronic device or a semiconductor device, as shown in FIGS. 1 and 2, alumina (Al 2 O
3 ) Various circuit boards (thick film circuit boards) 1 in which a conductor layer (metallized wiring layer) 3 to be a circuit is integrally formed on the surface of a ceramic substrate 2 such as a substrate or an aluminum nitride (AlN) substrate are widely used. There is. A circuit board in which a metal circuit board made of a conductive material such as copper (Cu) is integrally bonded to the surface of the ceramic substrate 2 by using an active metal method or a direct bonding method is also widely used.

【0003】上記従来の回路基板を構成するセラミック
ス基板としては、熱伝導率が10〜20W/m・K程度
のアルミナ基板が汎用されている。また、さらに高い放
熱性が要求される用途には、各種形状の放熱板やヒート
シンクを回路基板に組み合わせたものが使用されてい
る。さらに、熱伝導率が50〜150W/m・K程度の
窒化アルミニウム(AlN)基板を用いて、より高い放
熱性を確保する例もある。
An alumina substrate having a thermal conductivity of about 10 to 20 W / m · K is generally used as a ceramic substrate constituting the above conventional circuit board. For applications requiring higher heat dissipation, a combination of heat dissipation plates and heat sinks of various shapes with a circuit board is used. Further, there is an example in which higher heat dissipation is secured by using an aluminum nitride (AlN) substrate having a thermal conductivity of about 50 to 150 W / m · K.

【0004】近年、セラミックス回路基板を使用した半
導体装置の高出力化、半導体素子の大容量化および高集
積化が急速に進行し、セラミックス回路基板に繰り返し
て作用する熱応力や熱負荷も急激に増加する傾向にあ
り、セラミックス回路基板に対しても上記熱応力や熱サ
イクルに対して十分な強度と放熱性とが要求されてい
る。
In recent years, a semiconductor device using a ceramics circuit board has been rapidly increased in output, semiconductor elements have been increased in capacity and integration, and thermal stress and thermal load repeatedly applied to the ceramics circuit board have been rapidly increased. There is a tendency to increase, and ceramic circuit boards are also required to have sufficient strength and heat dissipation properties against the above thermal stress and thermal cycles.

【0005】上記のような技術的な要求に対応するため
に、180W/m・K程度の高熱伝導率を有するAlN
セラミックス基板も開発されている。このAlN基板は
高純度のAlN原料粉末にイットリア(Y)など
の焼結助剤を添加した原料混合体を成形し、得られた成
形体を高温度で48〜72時間程度と長時間焼結するこ
とにより緻密化を図ると同時に、熱抵抗となる液相成分
を基板表面に排出して高純度化を図って製造されるもの
である。
In order to meet the above technical requirements, AlN having a high thermal conductivity of about 180 W / m · K.
Ceramic substrates have also been developed. For this AlN substrate, a raw material mixture obtained by adding a sintering aid such as yttria (Y 2 O 3 ) to a high-purity AlN raw material powder is molded, and the obtained molded body is kept at a high temperature for about 48 to 72 hours and a long time. It is manufactured by sintering for a period of time to achieve densification, and at the same time, a liquid phase component that becomes a thermal resistance is discharged to the surface of the substrate for high purification.

【0006】また携帯用電子機器の小型化や薄型化を指
向する技術的要請に応じて、小型で高強度を有する回路
基板の開発も進められており、従来多用されてきたアル
ミナ基板や窒化アルミニウム基板に代えて、より高強度
の窒化けい素(Si)基板を用いた回路基板も提
案されている。
Further, in response to technical demands for miniaturization and thinning of portable electronic equipment, development of a small-sized and high-strength circuit board is underway, and an alumina substrate and an aluminum nitride, which have been widely used conventionally, are being developed. A circuit board using a higher-strength silicon nitride (Si 3 N 4 ) board instead of the board has also been proposed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の窒化けい素回路基板は、いずれも単板である窒化け
い素基板の表面に銅(Cu)などの導電材料から成る金
属回路板を一体に接合した構造を有し、回路は単層配線
となるため、配線幅や配線間隔を規定する配線ルールに
よる制約が多く、精細な高密度配線を形成することは困
難であり、回路基板を小型化する上で大きな障害となる
問題点があった。
However, in the above conventional silicon nitride circuit boards, a metal circuit board made of a conductive material such as copper (Cu) is integrally formed on the surface of the silicon nitride board which is a single plate. Since it has a bonded structure and the circuit is a single layer wiring, there are many restrictions due to the wiring rules that regulate the wiring width and wiring interval, it is difficult to form fine high-density wiring, and the circuit board is downsized There was a problem that became a major obstacle in doing so.

【0008】電子機器の小型化要求のさらなる進展に伴
い、回路基板に対しても、配線密度を向上させた高密度
配線基板としての機器が要求されている。このような要
求に対応する一手段として、従来の単層の窒化けい素基
板に代えて、複数の窒化けい素基板を多層積層させて配
線(メタライズ配線層)を多層化する方式も採用されて
いる。この方式において、各配線層は同時焼成により形
成され、隣接する層間配線は、導体を充填したビアホー
ルによって電気的に接続される。この方式を採用するこ
とにより、規定の配線ルールを遵守した状態で高密度配
線が可能となる。
Along with the further development of the demand for miniaturization of electronic equipment, there is also a demand for equipment as a high-density wiring board with improved wiring density for circuit boards. As a means to meet such a demand, a method of stacking a plurality of silicon nitride substrates in a multilayer to form a wiring (metallized wiring layer) in place of the conventional single-layer silicon nitride substrate is also adopted. There is. In this method, each wiring layer is formed by simultaneous firing, and adjacent interlayer wirings are electrically connected by via holes filled with a conductor. By adopting this method, high-density wiring can be performed while complying with the prescribed wiring rule.

【0009】従来から、上記のような同時焼成メタライ
ズ層に有する多層窒化けい素回路基板として、例えば特
開平10−256686号公報および特開2000−2
44121号公報に、その構成例が紹介されている。上
記いずれの公報においても、WやMoなどの高融点金属
から成るメタライズ層を同時焼成する際に生じる高抵抗
の高融点金属シリサイド量を低減することにより、導体
層(メタライズ層)の電気抵抗を低減して信号処理の高
速化を図ることを目的としている。
Conventionally, as a multilayer silicon nitride circuit substrate having the above-mentioned co-firing metallized layer, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-256686 and 2000-2 are known.
The configuration example is introduced in Japanese Patent No. 44121. In any of the above publications, the electric resistance of the conductor layer (metallized layer) is reduced by reducing the amount of high-resistive high-melting point metal silicide that occurs when a metallized layer made of a high-melting point metal such as W or Mo is co-fired. The purpose is to reduce the speed and speed up the signal processing.

【0010】しかしながら、本発明者らの知見によれ
ば、同時焼成時にある程度の高融点金属シリサイドが形
成されない場合には、メタライズ層の接合強度(ピール
強度)が十分ではなく、このメタライズ層を形成した回
路基板の耐熱サイクル特性(TCT特性)が不十分とな
り、この回路基板を組み込んだ電子機器の信頼性および
耐久性が低下してしまう問題点があった。
However, according to the knowledge of the present inventors, when the refractory metal silicide is not formed to some extent during the simultaneous firing, the bonding strength (peel strength) of the metallized layer is not sufficient, and this metallized layer is formed. The heat resistance cycle characteristic (TCT characteristic) of the circuit board is insufficient, and there is a problem that the reliability and durability of the electronic device incorporating the circuit board deteriorates.

【0011】このように、上記従来のセラミックス回路
基板においては、セラミックス基板の種類や焼結方法を
改良することにより高い熱伝導率は得られても強度が不
十分となったり、基板強度自体は高くなってもメタライ
ズ層の接合強度が低くなる結果、耐熱サイクル性および
曲げ強度が十分に得られず、回路基板を用いた半導体装
置の信頼性や製品歩留りが低くなるという問題点があっ
た。
As described above, in the above-mentioned conventional ceramic circuit board, by improving the type of ceramic board and the sintering method, the strength becomes insufficient even though high thermal conductivity is obtained, and the board strength itself is As a result, the joining strength of the metallized layer becomes low even if it becomes higher, so that heat cycle resistance and bending strength are not sufficiently obtained, and there is a problem that the reliability and the product yield of the semiconductor device using the circuit board are lowered.

【0012】一方、回路基板に搭載する半導体素子の高
集積化および高出力化に対応して熱サイクル負荷も大幅
に上昇し、熱応力によって基板に割れが発生して回路基
板の機能が喪失されてしまう問題点があった。また、回
路基板の曲げ強度が小さくたわみ量も少ないため、組立
時に回路基板を実装ボードにねじで締着固定しようとす
ると、ねじの僅かな締着力によってセラミックス基板が
破壊してしまう場合があり、回路基板を使用した半導体
装置の製品歩留りが低下してしまう問題点もあった。さ
らに、使用時に発生する熱応力によって基板の割れや、
メタライズ層の剥離が発生する場合も多く半導体装置の
信頼性が低下する難点もあった。
On the other hand, in response to higher integration and higher output of the semiconductor elements mounted on the circuit board, the thermal cycle load is also significantly increased, and thermal stress causes the board to crack, resulting in loss of the function of the circuit board. There was a problem that caused it. Also, since the bending strength of the circuit board is small and the amount of deflection is small, if you try to tighten the circuit board to the mounting board with screws during assembly, the ceramic board may be destroyed by the slight tightening force of the screws. There is also a problem that the product yield of the semiconductor device using the circuit board decreases. Furthermore, due to the thermal stress generated during use, cracks in the board,
In many cases, peeling of the metallized layer occurs, and the reliability of the semiconductor device is reduced.

【0013】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、熱伝導率が高く優れた放熱性を有し、
かつ高強度で導体層(メタライズ層)の剥離による不良
の発生が少なく、しかも小型に形成することが可能な同
時焼成窒化けい素回路基板およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems and has a high heat conductivity and an excellent heat dissipation property.
It is an object of the present invention to provide a co-fired silicon nitride circuit board which has high strength, is less likely to cause defects due to peeling of a conductor layer (metallized layer), and can be formed in a small size, and a method for manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明者らは、特に高い熱伝導率を得る一方で、
強度の低下を引き起こさない回路基板の組織構造を種々
検討した。その結果、特に組成および純度を調整した窒
化けい素原料粉末の成形体に高融点金属ペーストで所定
の導体パターンを形成し、このパターン形成した成形体
を、脱脂した後に還元雰囲気中にて温度1700℃以上
で所定時間焼結し、さらに焼結温度から液相の凝固温度
(約1500℃)に至る際の冷却速度を毎時100℃以
下にして徐冷したときに、粒界相の少なくとも一部が結
晶化し、熱伝導率が60W/m・K以上となるような高
熱伝導性と高強度特性とを併せ持つ同時焼成窒化けい素
回路基板が得られた。
In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have obtained a particularly high thermal conductivity,
Various studies have been conducted on the structure structure of the circuit board that does not cause a decrease in strength. As a result, a predetermined conductor pattern is formed on the compact of the silicon nitride raw material powder whose composition and purity are adjusted with a refractory metal paste, and the patterned compact is degreased and then heated to a temperature of 1700 in a reducing atmosphere. At least a part of the grain boundary phase is obtained by sintering at a temperature of ℃ or higher for a predetermined time, and then gradually cooling the temperature from the sintering temperature to the solidification temperature of the liquid phase (about 1500 ℃) at a cooling rate of 100 ℃ or less per hour. Was crystallized, and a co-fired silicon nitride circuit substrate having both high thermal conductivity and high strength characteristics with a thermal conductivity of 60 W / m · K or more was obtained.

【0015】しかも、上記徐冷操作を実施したときに高
融点金属メタライズ層と窒化けい素基板との接合界面に
高融点金属シリサイド層が薄い層状に、かつ均一に形成
され、この高融点金属シリサイド層によってメタライズ
層の接合強度が大幅に改善されることが判明し、メタラ
イズ層の剥離が少なく耐久性が優れた回路基板が初めて
実現するという知見を得た。本発明は上記知見に基づい
て完成されたものである。
Furthermore, when the above-mentioned slow cooling operation is performed, a refractory metal silicide layer is formed in a thin layer and uniformly at the bonding interface between the refractory metal metallization layer and the silicon nitride substrate. It was found that the bonding strength of the metallized layer was significantly improved by the layer, and it was found for the first time that a circuit board with less peeling of the metallized layer and excellent durability was realized. The present invention has been completed based on the above findings.

【0016】すなわち、本発明に係る回路基板は、窒化
けい素基板と、この窒化けい素基板の少なくとも表面部
に一体に形成され、WおよびMoの少なくとも1種の高
融点金属を主成分とする同時焼成メタライズ層とを備
え、上記窒化けい素基板の熱伝導率が60W/m・K以
上であり、かつ上記窒化けい素基板の粒界相中における
結晶化合物相の粒界相全体に対する面積割合が20%以
上であることを特徴とする。
That is, a circuit board according to the present invention is integrally formed with a silicon nitride substrate and at least a surface portion of the silicon nitride substrate, and contains at least one refractory metal of W or Mo as a main component. A co-firing metallized layer, the silicon nitride substrate has a thermal conductivity of 60 W / mK or more, and the area ratio of the crystalline compound phase to the entire grain boundary phase in the grain boundary phase of the silicon nitride substrate. Is 20% or more.

【0017】また、上記本発明に係る同時焼成窒化けい
素回路基板において、前記同時焼成メタライズ層と窒化
けい素基板との接合界面に、平均膜厚が0.01〜1μ
mの高融点金属シリサイド層が形成されていることが好
ましい。このシリサイド層が形成されることにより、メ
タライズ層の接合強度を高めることが可能である。
In the co-firing silicon nitride circuit substrate according to the present invention, the average film thickness is 0.01 to 1 μm at the joint interface between the co-firing metallization layer and the silicon nitride substrate.
It is preferable that a refractory metal silicide layer of m is formed. By forming this silicide layer, it is possible to increase the bonding strength of the metallized layer.

【0018】上記高融点金属シリサイド層の平均膜厚が
0.01μm未満となったり、膜が均一でなく高融点金
属シリサイドが点在する場合には、上記メタライズ層の
接合強度を改善する効果が得られない。一方、平均膜厚
が1μmを超えるように厚く形成した場合にも却って接
合強度が低下する上に、電気抵抗値が高いシリサイド層
の含有率が増加するため、メタライズ層の抵抗値が増大
化し、信号処理の高速化が困難になる。そのため、シリ
サイド層の平均膜厚は0.01〜1μmの範囲とされる
が、0.03〜0.5μmの範囲がより好ましい。
When the average film thickness of the refractory metal silicide layer is less than 0.01 μm, or when the film is not uniform and the refractory metal silicide is scattered, the effect of improving the bonding strength of the metallized layer is obtained. I can't get it. On the other hand, when the average film thickness is formed to be thicker than 1 μm, the bonding strength is rather lowered, and the content of the silicide layer having a high electric resistance value is increased, so that the resistance value of the metallized layer is increased. It becomes difficult to speed up signal processing. Therefore, the average film thickness of the silicide layer is set in the range of 0.01 to 1 μm, more preferably 0.03 to 0.5 μm.

【0019】なお、上記高融点金属シリサイド層の膜厚
は回路基板の断面をEPMAによって観察することによ
り測定でき、単位面積30μm×30μmを任意の3箇
所観察し、その膜厚値を平均した値を平均膜厚とする。
The film thickness of the refractory metal silicide layer can be measured by observing the cross section of the circuit board by EPMA. A unit area of 30 μm × 30 μm is observed at arbitrary three points, and the film thickness value is averaged. Is the average film thickness.

【0020】また上記同時焼成窒化けい素回路基板にお
いて、前記同時焼成メタライズ層のピール強度が1kN
/m以上であることが好ましい。この1kN/m以上の
ピール強度を確保することにより、回路基板の耐熱サイ
クル特性(TCT特性)を良好に維持することができ
る。なお上記ピール強度は、メタライズ層に厚さ5μm
のNiめっきを施し、その上にBAg−8ろう材を介し
てコバール端子板を接合した後に引張り、剥離を生じた
ときの引張荷重から算出できる。
In the above co-fired silicon nitride circuit substrate, the peel strength of the co-fired metallization layer is 1 kN.
/ M or more is preferable. By ensuring the peel strength of 1 kN / m or more, the heat-resistant cycle characteristics (TCT characteristics) of the circuit board can be favorably maintained. The peel strength is 5 μm in the metallized layer.
It can be calculated from the tensile load when peeling occurs after Ni plating is applied and the Kovar terminal plate is joined thereto via the BAg-8 brazing material.

【0021】さらに、上記同時焼成窒化けい素回路基板
において、前記同時焼成メタライズ層の厚さが7μm以
上であることが好ましい。厚さ7μm以上の同時焼成メ
タライズ層を形成することにより、大きな通電容量を確
保することが可能になり、特に高出力で高速動作する機
能素子を搭載することが可能になる。
Further, in the above co-fired silicon nitride circuit substrate, the thickness of the co-fired metallization layer is preferably 7 μm or more. By forming the co-firing metallization layer having a thickness of 7 μm or more, a large current carrying capacity can be secured, and in particular, a functional element that operates at a high output and a high speed can be mounted.

【0022】なお、上記同時焼成メタライズ層の厚さ
は、前記高融点金属シリサイド層の厚さを含むものとし
て、EPMAなどによって測定される。
The thickness of the co-fired metallized layer is measured by EPMA or the like, including the thickness of the refractory metal silicide layer.

【0023】また、本発明の同時焼成窒化けい素回路基
板は、前記同時焼成メタライズ層が窒化けい素基板の表
面にのみ存在するように単層構造で形成してもよいが、
下記のように多層構造で形成することも可能である。す
なわち、前記窒化けい素基板が複数の基板要素を積層し
た多層構造を有し、各基板要素に同時焼成メタライズ層
が形成されており、積層方向に隣接した同時焼成メタラ
イズ層が層間接続された多層配線路を有するように多層
構造で形成することにより、より高密度配線が可能とな
る。
The co-firing silicon nitride circuit substrate of the present invention may be formed in a single layer structure so that the co-firing metallization layer exists only on the surface of the silicon nitride substrate.
It is also possible to form a multilayer structure as described below. That is, the silicon nitride substrate has a multilayer structure in which a plurality of substrate elements are laminated, a co-firing metallization layer is formed on each substrate element, and the co-firing metallization layers adjacent to each other in the laminating direction are interlayer-connected. By forming the wiring structure with a multilayer structure, higher density wiring can be achieved.

【0024】また本発明に係る同時焼成窒化けい素回路
基板の製造方法は、酸素を1.7重量%以下、不純物陽
イオン元素としてのAl,Li,Na,K,Fe,B
a,Mn,Bを合計で0.3重量%以下、α相型窒化け
い素を90重量%以上含有し、平均粒径1.0μm以下
の窒化けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して
2.0〜17.5重量%,Mgを酸化物に換算して0.
3〜3.0重量%添加した原料混合体を成形して成形体
を調製し、WおよびMoの少なくとも一方の高融点金属
を含有する導体ペーストを上記成形体に塗布して導体パ
ターンを形成し、この導体パターンを形成した成形体を
脱脂後、温度1700〜1900℃で焼結し、上記焼結
温度から、上記希土類元素およびMgOにより焼結時に
形成された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却
速度を毎時100℃以下にして徐冷することを特徴とす
る。
In the method for producing a co-fired silicon nitride circuit board according to the present invention, oxygen is 1.7 wt% or less, and Al, Li, Na, K, Fe and B as impurity cation elements are used.
a, Mn, and B are contained in a total amount of 0.3% by weight or less, α-phase type silicon nitride is contained in an amount of 90% by weight or more, and an average particle diameter is 1.0 μm or less. 2.0 to 17.5% by weight, and Mg in the form of an oxide of 0.
A raw material mixture containing 3 to 3.0% by weight is molded to prepare a molded body, and a conductor paste containing a refractory metal of at least one of W and Mo is applied to the molded body to form a conductor pattern. After degreasing the molded body on which this conductor pattern is formed, it is sintered at a temperature of 1700 to 1900 ° C., and the temperature is from the sintering temperature to the temperature at which the liquid phase formed by sintering the rare earth element and MgO solidifies. The sintered body is characterized by being cooled gradually at a cooling rate of 100 ° C. or less per hour.

【0025】また、上記製造方法において、前記導体ペ
ーストを塗布して導体パターンを形成した複数の成形体
を積層した後に脱脂および焼結を行うことにより、多層
配線構造を有する同時焼成窒化けい素回路基板が得られ
る。
In the above manufacturing method, the conductor paste is applied to laminate a plurality of molded bodies having conductor patterns, and then degreasing and sintering are performed to obtain a co-fired silicon nitride circuit having a multilayer wiring structure. A substrate is obtained.

【0026】上記製造方法において、窒化けい素粉末
に、さらにカルシウム(Ca)およびストロンチウム
(Sr)の少なくとも一方を酸化物に換算して1.5重
量%以下添加するとよい。さらに窒化けい素粉末に、さ
らにTi,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,Wの少
なくとも1種を酸化物に換算して1.5重量%以下添加
するとよい。
In the above manufacturing method, at least one of calcium (Ca) and strontium (Sr) is preferably added to the silicon nitride powder in an amount of 1.5% by weight or less in terms of oxide. Further, it is preferable that at least one of Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W is added to the silicon nitride powder in an amount of 1.5 wt% or less in terms of oxide.

【0027】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む結晶化した粒界相が形成さ
れ、気孔率が2.5%以下、熱伝導率が60W/m・K
以上、三点曲げ強度が室温で750MPa以上の機械的
特性および熱伝導特性が共に優れた窒化けい素焼結体が
得られ、またメタライズ層のピール強度が1kN/m以
上であるような接合強度が優れた同時焼成窒化けい素回
路基板が得られる。
According to the above manufacturing method, a crystallized grain boundary phase containing a rare earth element or the like is formed in the crystal structure of silicon nitride, the porosity is 2.5% or less, and the thermal conductivity is 60 W / mK.
As described above, a silicon nitride sintered body having a three-point bending strength of 750 MPa or more at room temperature and excellent in both mechanical properties and heat conduction properties was obtained, and the bonding strength such that the metallized layer had a peel strength of 1 kN / m or more. An excellent co-fired silicon nitride circuit board is obtained.

【0028】本発明に係る同時焼成窒化けい素回路基板
を構成する窒化けい素基板としては、特に大容量で高出
力の機能素子を搭載するために、耐熱衝撃特性、放熱性
および構造強度が優れ、メタライズ層を一体に形成した
場合に高い接合強度が得られるような窒化けい素焼結体
から成る窒化けい素基板を使用することが好ましい。
The silicon nitride substrate constituting the co-firing silicon nitride circuit substrate according to the present invention is excellent in thermal shock resistance, heat dissipation and structural strength, especially for mounting a large capacity and high output functional element. It is preferable to use a silicon nitride substrate made of a silicon nitride sintered body that can obtain high bonding strength when the metallized layer is integrally formed.

【0029】具体的には、本出願人に係る先行出願であ
る特開2000−34172号公報に記載されているよ
うな、60W/m・K以上の高熱伝導性を有し、粒界相
の少なくとも一部を結晶化させた窒化けい素焼結体から
成る窒化けい素基板を使用することが好適である。
Specifically, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-34172, which is a prior application filed by the present applicant, it has a high thermal conductivity of 60 W / mK or more and has a grain boundary phase. It is preferable to use a silicon nitride substrate made of a silicon nitride sintered body having at least a part thereof crystallized.

【0030】本発明方法において使用され、窒化けい素
基板を構成する焼結体の主成分となる窒化けい素粉末と
しては、焼結性、強度および熱伝導率を考慮して、酸素
含有量が1.7重量%以下、好ましくは0.5〜1.5
重量%、Al,Li,Na,K,Fe,Ba,Mn,B
などの不純物陽イオン元素含有量が合計で0.3重量%
以下、好ましくは0.2重量%以下に抑制されたα相型
窒化けい素を90重量%以上、好ましくは93重量%以
上含有し、平均粒径が1.0μm以下、好ましくは0.
4〜0.8μm程度の微細な窒化けい素粉末を使用する
ことが好ましい。
The silicon nitride powder used in the method of the present invention, which is the main component of the sintered body constituting the silicon nitride substrate, has an oxygen content in consideration of sinterability, strength and thermal conductivity. 1.7% by weight or less, preferably 0.5 to 1.5
% By weight, Al, Li, Na, K, Fe, Ba, Mn, B
Impurity cation element content such as total 0.3% by weight
The content of α-phase type silicon nitride, which is suppressed to 0.2% by weight or less, is preferably 90% by weight or more, preferably 93% by weight or more, and the average particle size is 1.0 μm or less, preferably 0.1.
It is preferable to use fine silicon nitride powder having a size of about 4 to 0.8 μm.

【0031】平均粒径が1.0μm以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が2.5%以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
By using a fine raw material powder having an average particle size of 1.0 μm or less, a dense sintered body having a porosity of 2.5% or less can be formed even with a small amount of a sintering aid. It is also possible to reduce the risk of the sintering aid impairing the heat conduction characteristics.

【0032】またAl,Li,Na,K,Fe,Ba,
Mn,Bの不純物陽イオン元素も熱伝導性を阻害する物
質となるため、60W/m・K以上の熱伝導率を確保す
るためには、上記不純物陽イオン元素の含有量は合計で
0.3重量%以下とすることにより達成可能である。特
に同様の理由により、上記不純物陽イオン元素の含有量
は合計で0.2重量%以下とすることが、さらに好まし
い。ここで通常の窒化けい素焼結体を得るために使用さ
れる窒化けい素粉末には、特にFe,Alが比較的に多
く含有されているため、Fe,Alの合計量が上記不純
物陽イオン元素の合計含有量の目安となる。
Al, Li, Na, K, Fe, Ba,
Since the impurity cation elements of Mn and B are also substances that impede the thermal conductivity, the total content of the above impurity cation elements is not more than 0.1 in order to secure a thermal conductivity of 60 W / m · K or more. It can be achieved by setting the content to 3% by weight or less. Particularly, for the same reason, it is more preferable that the total content of the impurity cation elements is 0.2% by weight or less. Since the silicon nitride powder used to obtain a usual silicon nitride sintered body contains a relatively large amount of Fe and Al, the total amount of Fe and Al is the above-mentioned impurity cation element. It is a guideline for the total content of.

【0033】さらに、β相型と比較して焼結性に優れた
α相型窒化けい素を90重量%以上含有する窒化けい素
原料粉末を使用することにより、高密度の焼結体を製造
することができる。
Further, by using a silicon nitride raw material powder containing 90% by weight or more of α-phase type silicon nitride, which is excellent in sinterability as compared with the β-phase type, a high density sintered body is manufactured. can do.

【0034】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としては、Y,Ho,Er,Yb,
La,Sc,Pr,Ce,Nd,Dy,Sm,Gdなど
の酸化物もしくは焼結操作により、これらの酸化物とな
る物質が単独で、または2種以上の酸化物を組み合せた
ものを含んでもよい。これらの焼結助剤は、窒化けい素
原料粉末と反応して液相を生成し、焼結促進剤として機
能する。
The rare earth elements added to the silicon nitride raw material powder as a sintering aid include Y, Ho, Er, Yb,
Depending on the oxide such as La, Sc, Pr, Ce, Nd, Dy, Sm, Gd or the sintering operation, these oxide substances may be used alone or in combination of two or more kinds. Good. These sintering aids react with the silicon nitride raw material powder to generate a liquid phase, and function as a sintering accelerator.

【0035】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して2.0〜17.5重量%の範囲とする。
この添加量が2.0重量%以下の場合は、焼結体の緻密
化あるいは高熱伝導化が不十分であり、特に希土類元素
がランタノイド系元素のように原子量が大きい元素の場
合には、比較的低強度で比較的に低熱伝導率の焼結体が
形成される。一方、添加量が17.5重量%を超える過
量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の低下や
強度が低下し始めるので上記範囲とする。特に同様の理
由により3〜15重量%とすることが望ましい。
The amount of the above-mentioned sintering aid added is in the range of 2.0 to 17.5% by weight based on the raw material powder in terms of oxide.
If the addition amount is 2.0% by weight or less, the densification or high thermal conductivity of the sintered body is insufficient. Especially, when the rare earth element is an element having a large atomic weight such as a lanthanoid element, comparison is made. A sintered body having a relatively low strength and a relatively low thermal conductivity is formed. On the other hand, if the addition amount exceeds 17.5% by weight, an excessive amount of grain boundary phase is generated, and the thermal conductivity and the strength start to decrease, so the above range is set. Particularly, for the same reason, it is desirable that the amount is 3 to 15% by weight.

【0036】また本発明において添加成分として使用す
るマグネシウム(Mg)の酸化物(MgO)は、上記希
土類元素の焼結促進剤の機能を促進し低温での緻密化を
可能にすると共に、結晶組織において粒成長を制御する
機能を果し、Si焼結体の機械的強度を向上させ
るものである。このMgOの添加量が酸化物換算で0.
3重量%未満の場合においては添加効果が不充分である
一方、3.0重量%を超える過量となる場合には熱伝導
率の低下が起こるため、添加量は0.3〜3.0重量%
の範囲とする。特に0.5〜2重量%とすることが望ま
しい。
The magnesium (Mg) oxide (MgO) used as an additive component in the present invention promotes the function of the above-mentioned rare earth element sintering accelerator, enables densification at low temperature, and has a crystal structure. In the above, the grain growth is controlled, and the mechanical strength of the Si 3 N 4 sintered body is improved. The addition amount of this MgO is 0.
When the amount is less than 3% by weight, the effect of addition is insufficient, while when the amount exceeds 3.0% by weight, the thermal conductivity decreases, so the amount added is 0.3 to 3.0% by weight. %
The range is. In particular, it is desirable to set it to 0.5 to 2% by weight.

【0037】また本発明において選択的な添加成分とし
てHfを所定量添加してもよい。このHfは、酸化物,
炭化物,窒化物,けい化物,硼化物として添加され、こ
れらの化合物は、上記希土類元素の焼結促進剤としての
機能を促進すると共に、粒界相の結晶化も促進する機能
を果しSi焼結体の熱伝導率と機械的強度とを向
上させるものである。このHfの添加量が酸化物換算で
0.3重量%未満の場合においては添加効果が不充分で
ある一方、3.0重量%を超える過量となる場合には熱
伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の低下が起
こるため、添加量は0.1〜3.0重量%の範囲とす
る。
In the present invention, Hf may be added as a selective addition component in a predetermined amount. This Hf is an oxide,
These compounds are added as carbides, nitrides, suicides, and borides. These compounds have the function of promoting the function of the above-mentioned rare earth element as a sintering promoter and also of crystallization of the grain boundary phase, and Si 3 It is intended to improve the thermal conductivity and mechanical strength of the N 4 sintered body. If the amount of Hf added is less than 0.3% by weight in terms of oxide, the effect of addition is insufficient, while if it exceeds 3.0% by weight, thermal conductivity and mechanical strength and Since the electric breakdown strength is lowered, the addition amount is set in the range of 0.1 to 3.0% by weight.

【0038】さらに本発明において、他の選択的な添加
成分としてのCa,Srの酸化物(CaO,SrO)を
所定量添加してもよい。これらの酸化物は、上記希土類
元素の焼結促進剤としての機能を助長する役目を果すも
のであり、特に常圧焼結を行なう場合に著しい効果を発
揮するものである。このCaO,SrOの合計添加量が
0.1重量%未満の場合においては、より高温度での焼
結が必要になる一方、1.5重量%を超える過量となる
場合には過量の粒界相を生成し熱伝導の低下が起こるた
め、添加量は1.5重量%以下、好ましくは0.1〜
1.0重量%の範囲とする。特に強度、熱伝導率共に良
好な性能を確保するためには添加量を0.1〜0.75
重量%の範囲とすることが望ましい。
Further, in the present invention, a predetermined amount of oxides of Ca and Sr (CaO, SrO) may be added as another optional additive component. These oxides play a role of promoting the function of the above-mentioned rare earth element as a sintering accelerator, and exhibit a remarkable effect particularly when performing atmospheric pressure sintering. When the total addition amount of CaO and SrO is less than 0.1% by weight, it is necessary to sinter at a higher temperature, while when the total addition amount exceeds 1.5% by weight, an excessive amount of grain boundaries is required. The addition amount is 1.5% by weight or less, preferably 0.1 to 0.1%, because a phase is generated and heat conduction is reduced.
The range is 1.0% by weight. In particular, in order to secure good performances in both strength and thermal conductivity, the addition amount is 0.1 to 0.75.
It is desirable to set it in the range of wt%.

【0039】また本発明において、他の選択的な添加成
分としてTi,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W
を所定量添加してもよい。これらの元素は、酸化物,炭
化物、窒化物、けい化物、硼化物として添加され、これ
らの化合物は、上記希土類元素の焼結促進剤としての機
能を促進すると共に、結晶組織において分散強化の機能
を果しSi焼結体の機械的強度を向上させるもの
であり、特に、Ti,Moの化合物が好ましい。これら
の化合物の添加量が酸化物換算で0.1重量%未満の場
合においては添加効果が不充分である一方、1.5重量
%を超える過量となる場合には熱伝導率および機械的強
度や電気絶縁破壊強度の低下が起こるため、添加量は
0.1〜1.5重量%の範囲とする。特に0.2〜1.
0重量%とすることが望ましい。
In the present invention, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W are used as other optional additive components.
May be added in a predetermined amount. These elements are added as oxides, carbides, nitrides, suicides, and borides, and these compounds promote the function of the above rare earth elements as a sintering promoter and the function of dispersion strengthening in the crystal structure. In order to improve the mechanical strength of the Si 3 N 4 sintered body, a compound of Ti and Mo is particularly preferable. If the addition amount of these compounds is less than 0.1% by weight in terms of oxide, the effect of addition is insufficient, while if it exceeds 1.5% by weight, thermal conductivity and mechanical strength are increased. Since the electric breakdown strength decreases, the addition amount is set to the range of 0.1 to 1.5% by weight. Especially 0.2-1.
It is preferably 0% by weight.

【0040】また上記Ti,Mo等の化合物は窒化けい
素焼結体を黒色系に着色し不透明性を付与する遮光剤と
しても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生
じ易い集積回路等を搭載する回路基板を上記焼結体から
製造する場合には、上記Ti等の化合物を適正に添加
し、遮光性に優れた窒化けい素基板とすることが望まし
い。
Further, the compounds such as Ti and Mo also function as a light-shielding agent for coloring the silicon nitride sintered body in a black system to impart opacity. Therefore, when a circuit board on which an integrated circuit or the like is apt to malfunction due to light is manufactured from the sintered body, a compound such as Ti is appropriately added to obtain a silicon nitride substrate excellent in light shielding property. It is desirable to do.

【0041】また焼結体の気孔率は熱伝導率および強度
に大きく影響するため2.5%以下となるように製造す
る。気孔率が2.5%を超えると熱伝導の妨げとなり、
焼結体の熱伝導率が低下するとともに、焼結体の強度低
下が起こる。
The porosity of the sintered body has a great influence on the thermal conductivity and the strength, so that the sintered body is manufactured so as to be 2.5% or less. If the porosity exceeds 2.5%, it will hinder heat conduction,
The thermal conductivity of the sintered body decreases and the strength of the sintered body also decreases.

【0042】また、窒化けい素焼結体は組織的に窒化け
い素結晶と粒界相とから構成されるが、粒界相中の結晶
化合物相の割合は焼結体の熱伝導率に大きく影響し、本
発明で使用する窒化けい素焼結体においては粒界相の2
0%以上とすることが必要であり、より好ましくは50
%以上が結晶相で占めることが望ましい。結晶相が20
%未満では熱伝導率が60W/m・K以上となるような
放熱特性に優れ、かつ機械的強度に優れた焼結体が得ら
れないからである。
The silicon nitride sintered body is structurally composed of a silicon nitride crystal and a grain boundary phase. The proportion of the crystalline compound phase in the grain boundary phase has a great influence on the thermal conductivity of the sintered body. However, in the silicon nitride sintered body used in the present invention, the grain boundary phase 2
It is necessary to be 0% or more, and more preferably 50%.
It is desirable that the crystal phase occupy at least%. 20 crystalline phases
If it is less than%, it is not possible to obtain a sintered body having excellent heat dissipation properties such as a thermal conductivity of 60 W / m · K or more and excellent mechanical strength.

【0043】さらに上記のように窒化けい素焼結体の気
孔率を2.5%以下にし、また窒化けい素結晶組織に形
成される粒界相の20%以上が結晶相で占めるようにす
るためには、窒化けい素成形体を温度1700〜190
0℃で2〜10時間程度、常圧焼結または加圧焼結し、
かつ焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時
100℃以下にして徐冷することが重要である。
Further, as described above, the porosity of the silicon nitride sintered body is 2.5% or less, and 20% or more of the grain boundary phase formed in the silicon nitride crystal structure is occupied by the crystal phase. A silicon nitride compact at a temperature of 1700-190.
Pressureless sintering or pressure sintering at 0 ° C. for about 2 to 10 hours,
Moreover, it is important to gradually cool the sintered body at a cooling rate of 100 ° C. or less immediately after the completion of the sintering operation.

【0044】焼結温度を1700℃未満とした場合に
は、焼結体の緻密化が不充分で気孔率が2.5vol%
以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してし
まう。一方焼結温度が1900℃を超えると窒化けい素
成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではな
く、常圧焼結を実施した場合には、1800℃付近より
窒化けい素の分解蒸発が始まる。
When the sintering temperature is less than 1700 ° C., the densification of the sintered body is insufficient and the porosity is 2.5 vol%.
As a result, both mechanical strength and thermal conductivity are reduced. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1900 ° C., the silicon nitride component itself tends to evaporate and decompose. In particular, when pressureless sintering is performed instead of pressure sintering, decomposition vaporization of silicon nitride starts at around 1800 ° C.

【0045】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時100℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
(ガラス相)となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める割合が20%未満となり、強度およ
び熱伝導性が共に低下してしまう。
The cooling rate of the sintered body immediately after the completion of the above-mentioned sintering operation is an important control factor for crystallizing the grain boundary phase, and when performing the rapid cooling such that the cooling rate exceeds 100 ° C. per hour. The grain boundary phase of the sintered body structure becomes amorphous (glass phase), the liquid phase generated in the sintered body occupies less than 20% of the grain boundary phase as a crystal phase, and the strength and thermal conductivity are Both will decrease.

【0046】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度(1700〜1900℃)から、前
記の焼結助剤およびMgOの反応によって生成する液相
が凝固するまでの温度範囲で充分である。ちなみに前記
のような焼結助剤を使用した場合の液相凝固点は概略1
600〜1500℃程度である。そして少なくとも焼結
温度から上記液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速
度を毎時100℃以下、好ましくは50℃以下、さらに
好ましくは25℃以下(但し10℃以上)に制御するこ
とにより、粒界相の20%以上、特に好ましくは50%
以上が結晶相になり、熱伝導率および機械的強度が共に
優れた焼結体が得られる。
The temperature range in which the above cooling rate should be strictly adjusted is the temperature from the predetermined sintering temperature (1700 to 1900 ° C.) to the solidification of the liquid phase produced by the reaction between the sintering aid and MgO. The range is sufficient. By the way, when the above-mentioned sintering aid is used, the liquidus freezing point is approximately 1
It is about 600 to 1500 ° C. By controlling the cooling rate of the sintered body from at least the sintering temperature to the liquidus solidification temperature at 100 ° C. or less per hour, preferably 50 ° C. or less, more preferably 25 ° C. or less (but 10 ° C. or more). 20% or more of the grain boundary phase, particularly preferably 50%
The above becomes a crystalline phase, and a sintered body excellent in both thermal conductivity and mechanical strength can be obtained.

【0047】なお、上記冷却速度は遅いほど粒界相の結
晶化率を上げる効果が得られるが、あまり遅すぎると冷
却時間が長くなり、必ずしも製造性がよいとは言えない
ため上記冷却速度は10℃/hr以上が好ましい。
The slower the cooling rate is, the more the effect of increasing the crystallization rate of the grain boundary phase is obtained. However, if it is too slow, the cooling time becomes long and the productivity is not necessarily good. It is preferably 10 ° C./hr or more.

【0048】また、このような徐冷処理を行うことによ
り高融点金属メタライズ層を同時焼成した際に形成され
る高融点金属シリサイド層の膜厚を均一化する効果も得
られる。
By performing such slow cooling treatment, it is possible to obtain the effect of making the film thickness of the refractory metal silicide layer formed when the refractory metal metallization layer is simultaneously fired uniform.

【0049】本発明に係る同時焼成窒化けい素回路基板
は、例えば以下のようなプロセスを経て製造される。す
なわち前記所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が
少ない微細な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助
剤、有機バインダ等の必要な添加剤および必要に応じて
CaOやSrOおよびTi等の化合物を加えて原料混合
体を調整し、次に得られた原料混合体を成形して所定形
状の成形体を得る。原料混合体の成形法としては、汎用
の金型プレス法、ドクターブレード法のようなシート成
形法などが適用できる。
The co-firing silicon nitride circuit board according to the present invention is manufactured, for example, through the following processes. That is, with respect to fine silicon nitride powder having a predetermined fine particle diameter and a low impurity content, a predetermined amount of a sintering aid, a necessary additive such as an organic binder and, if necessary, CaO or SrO. And a compound such as Ti are added to prepare a raw material mixture, and then the obtained raw material mixture is molded to obtain a molded product having a predetermined shape. As a forming method of the raw material mixture, a general-purpose die pressing method, a sheet forming method such as a doctor blade method, or the like can be applied.

【0050】ここで多層構造の同時焼成窒化けい素回路
基板を製造する場合には、積層する各シート成形体の所
定位置に層間接続用のビアホールを複数個、予め形成し
ておく。なお、ビアホールを形成する方法としては、ポ
ンチ,ダイ,パンチングマシーン等を用いる機械的方法
やレーザ加工等が採用できる。
In the case of manufacturing a co-fired silicon nitride circuit board having a multilayer structure, a plurality of via holes for interlayer connection are formed in advance at predetermined positions of each sheet forming body to be laminated. As a method for forming the via hole, a mechanical method using a punch, a die, a punching machine, laser processing, or the like can be adopted.

【0051】次に、タングステン(W)またはモリブデ
ン(Mo)の粉末に、バインダおよび溶媒を加え混練す
ることによって導体ペーストを調製した後、かかる導体
ペーストを前記工程で形成された窒化けい素グリーンシ
ートの少なくとも一面にスクリーン印刷法などによって
所定のパターン形状に印刷する。こうしてグリーンシー
ト上に微細な信号線および電源線などによって構成され
た所定のパターンの導体層を形成する。
Next, a conductive paste is prepared by adding a binder and a solvent to a powder of tungsten (W) or molybdenum (Mo) and kneading, and then the conductive paste is formed into the silicon nitride green sheet formed in the above step. A predetermined pattern is printed on at least one surface by a screen printing method or the like. In this way, a conductor layer having a predetermined pattern composed of fine signal lines and power lines is formed on the green sheet.

【0052】なお、本発明のメタライズ層は信号線や電
源線などの配線パターンに用いるための導体層に限定さ
れるものではなく、メッキを施した後、ろう付けにより
半導体素子を搭載するためのメタライズ層を含むものと
する。
The metallized layer of the present invention is not limited to a conductor layer used for a wiring pattern such as a signal line or a power supply line, and after plating, a semiconductor element is mounted by brazing. It shall include a metallization layer.

【0053】上記導体ペーストの調製に際して使用され
るバインダとしては、例えばセルロース系バインダ、ア
クリル系バインダ等が使用され、溶媒としては、例えば
テレピネオール、トルエン、エタノール等が使用され
る。この導体ペーストを印刷する際に、同時に前記ビア
ホールにも導体ペーストが充填される。
As the binder used in the preparation of the above-mentioned conductor paste, for example, cellulosic binder, acrylic binder, etc. are used, and as the solvent, for example, terpineol, toluene, ethanol, etc. are used. When printing this conductor paste, the via holes are simultaneously filled with the conductor paste.

【0054】そして多層構造の窒化けい素回路基板を製
造する場合には、導体ペーストが印刷された複数枚のグ
リーンシートを、各々に形成されたビアホールの位置を
正確に合致させた上で積層して熱圧着し積層体を調製す
る。
When manufacturing a silicon nitride circuit board having a multi-layered structure, a plurality of green sheets printed with a conductor paste are laminated after the positions of via holes formed in the respective green sheets are accurately aligned. And thermocompression-bonded to prepare a laminate.

【0055】そして、上記成形操作に引き続いて、積層
体またはパターン形成した単層の成形体を非酸化性雰囲
気中で温度600〜800℃、または空気中で温度40
0〜500℃で1〜2時間加熱して、予め添加していた
有機バインダ成分を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂
処理された成形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガス
などの不活性ガス雰囲気中で1700〜1900℃の温
度で所定時間、常圧焼結、加圧焼結または雰囲気加圧焼
結を実施し、窒化けい素形成体と導体パターンとを同時
焼成する。
Then, following the above molding operation, the laminate or the patterned single-layer molded body is heated at a temperature of 600 to 800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere or at a temperature of 40 ° C. in air.
By heating at 0 to 500 ° C. for 1 to 2 hours, the previously added organic binder component is sufficiently removed and degreased. Next, the degreased molded body is subjected to normal pressure sintering, pressure sintering or atmospheric pressure sintering at a temperature of 1700 to 1900 ° C. for a predetermined time in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas, hydrogen gas or argon gas. Is carried out, and the silicon nitride formed body and the conductor pattern are simultaneously fired.

【0056】上記製法によって製造された同時焼成窒化
けい素回路基板は気孔率が2.5%以下、60W/m・
K(25℃)以上の熱伝導率を有し、また三点曲げ強度
が常温で750MPa以上と機械的特性にも優れてい
る。またメタライズ層のピール強度が1kN/mとな
る。
The co-fired silicon nitride circuit substrate manufactured by the above manufacturing method has a porosity of 2.5% or less, 60 W / m.multidot.
It has a thermal conductivity of K (25 ° C.) or higher and a three-point bending strength of 750 MPa or higher at room temperature, which is excellent in mechanical properties. The peel strength of the metallized layer is 1 kN / m.

【0057】[0057]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態を以下に示
す実施例を参照して具体的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the following examples.

【0058】実施例1〜6 酸素を1.3重量%、不純物陽イオン元素としてAl,
Li,Na,K,Fe,Ba,Mn,Bを合計で0.1
0重量%含有し、α相型窒化けい素97%を含む平均粒
径0.40μmの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助
剤として平均粒径0.7μmのY(酸化イットリ
ウム)粉末5重量%,平均粒径0.5μmのMgO(酸
化マグネシウム)粉末1.5重量%を添加し、エチルア
ルコール中で72時間湿式混合した後に乾燥して原料粉
末混合体を調製した。次に得られた原料粉末混合体に有
機バインダを所定量添加して均一に混合した後に、10
0MPaの成形圧力でプレス成形し、長さ50mm×幅
50mm×厚さ0.6mmのシート状成形体(グリーン
シート)を多数製作した。
Examples 1 to 6 1.3% by weight of oxygen, Al as an impurity cation element,
Li, Na, K, Fe, Ba, Mn, B total 0.1
0% by weight of silicon nitride raw material powder having an average particle diameter of 0.40 μm and containing 97% of α-phase type silicon nitride, Y 2 O 3 (oxidation of an average particle diameter of 0.7 μm as a sintering aid was used). 5% by weight of yttrium) powder and 1.5% by weight of MgO (magnesium oxide) powder having an average particle size of 0.5 μm were added, wet-mixed in ethyl alcohol for 72 hours and then dried to prepare a raw material powder mixture. Next, a predetermined amount of an organic binder was added to the obtained raw material powder mixture and the mixture was uniformly mixed.
By press molding with a molding pressure of 0 MPa, a large number of sheet-shaped compacts (green sheets) having a length of 50 mm, a width of 50 mm and a thickness of 0.6 mm were manufactured.

【0059】一方、平均粒径が0.8μmのタングステ
ン粉末またはモリブデン粉末に有機バインダを添加し、
有機溶媒中に分散させたボールミルにて十分混合および
解砕して2種類の導体ペーストを調製した。
On the other hand, an organic binder was added to tungsten powder or molybdenum powder having an average particle size of 0.8 μm,
Two types of conductor pastes were prepared by thoroughly mixing and crushing with a ball mill dispersed in an organic solvent.

【0060】そして、上記導体ペーストをグリーンシー
トの両面にスクリーン印刷して厚さ12μmの導体層を
形成した。次に得られた成形体を500℃の空気気流中
において2時間脱脂した後に、この脱脂体を窒素ガス雰
囲気で、表1に示す雰囲気圧力,温度,時間で緻密化焼
結を実施し、成形体および導体層を同時焼成した後に、
焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼結炉
内温度が1500℃まで降下するまでの間における焼結
体の冷却速度がそれぞれ表1に示す値となるように調整
して焼結体を徐冷し、それぞれ高融点金属メタライズ層
を有する実施例1〜6に係る同時焼成窒化けい素回路基
板を調製した。
Then, the conductor paste was screen-printed on both sides of the green sheet to form a conductor layer having a thickness of 12 μm. Next, after degreasing the obtained molded body in an air stream of 500 ° C. for 2 hours, the degreased body was densified and sintered in a nitrogen gas atmosphere at the atmospheric pressure, temperature, and time shown in Table 1, and molded. After co-firing the body and conductor layers,
The amount of electricity supplied to the heating device attached to the sintering furnace is controlled so that the cooling rate of the sintered body until the temperature inside the sintering furnace drops to 1500 ° C is adjusted to the values shown in Table 1, respectively. The sintered body was gradually cooled to prepare co-fired silicon nitride circuit boards according to Examples 1 to 6 each having a refractory metallized layer.

【0061】比較例1 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をOFFに
し、従来の炉冷による冷却速度(約600℃/hr)で
焼結体を冷却した点以外は実施例1と同一条件で焼結処
理して比較例1に係る同時焼成窒化けい素回路基板を調
製した。
Comparative Example 1 On the other hand, immediately after the completion of the densification and sintering, the heating apparatus power supply was turned off, and the sintered body was cooled at the conventional furnace cooling rate (about 600 ° C./hr). A co-firing silicon nitride circuit substrate according to Comparative Example 1 was prepared by performing a sintering treatment under the same conditions as in.

【0062】比較例2 緻密化焼結完了後における焼結体の冷却速度を2℃/h
rに調整した点以外は実施例1と同一条件で処理し、比
較例2に係る同時焼成窒化けい素回路基板を調製した。
Comparative Example 2 The cooling rate of the sintered body after completion of the densification sintering was 2 ° C./h.
A co-fired silicon nitride circuit substrate according to Comparative Example 2 was prepared by treating under the same conditions as in Example 1 except that r was adjusted.

【0063】上記のように調製した各同時焼成窒化けい
素回路基板1は、図1および図2に示すように、Si
基板2の両面に所定の導体層(メタライズ層)3が
一体に接合した構造を有する。
Each of the co-fired silicon nitride circuit substrates 1 prepared as described above was made of Si 3 as shown in FIGS. 1 and 2.
A predetermined conductor layer (metallized layer) 3 is integrally joined to both surfaces of the N 4 substrate 2.

【0064】こうして得た実施例1〜6および比較例1
〜2に係る同時焼成窒化けい素回路基板について、熱伝
導率(25℃)、高融点金属シリサイド層の平均厚さお
よび高融点金属層(メタライズ層)のピール強度を測定
した。
Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 thus obtained
The thermal conductivity (25 ° C.), the average thickness of the refractory metal silicide layer, and the peel strength of the refractory metal layer (metallized layer) were measured for the co-fired silicon nitride circuit substrates according to Nos.

【0065】ここで、高融点金属シリサイド層の平均厚
さは、回路基板断面のEPMA分析によって得られた3
箇所(単位面積30μm×30μmを3箇所測定)のシ
リサイド層厚さの平均値として測定する一方、高融点金
属層のピール強度は、メタライズ層に厚さ5μmのNi
めっきを施し、その上にBAg−8ろう材を介してコバ
ール端子板を接合した後に引張り、剥離を生じたときの
引張荷重から算出した。さらに、各焼結体をX線回折法
によって粒界相に占める結晶相の割合(面積比)を測定
した。
Here, the average thickness of the refractory metal silicide layer is 3 obtained by EPMA analysis of the cross section of the circuit board.
The peel strength of the refractory metal layer is measured as the average value of the silicide layer thicknesses at three points (unit area 30 μm × 30 μm is measured at three points).
The plating was applied, and the Kovar terminal plate was joined thereto via the BAg-8 brazing material. Further, the ratio (area ratio) of the crystal phase in the grain boundary phase of each sintered body was measured by the X-ray diffraction method.

【0066】さらに、各回路基板の耐久性および信頼性
を評価するために下記のような熱衝撃試験(ヒートサイ
クル試験:TCT)を実施しメタライズ層に剥離や膨れ
が発生する割合を測定した。
Further, in order to evaluate the durability and reliability of each circuit board, the following thermal shock test (heat cycle test: TCT) was carried out to measure the rate of peeling or swelling of the metallized layer.

【0067】上記ヒートサイクル試験は、−40℃で3
0分間保持した後に昇温し室温(25℃)で10分間保
持し、次に加熱して125℃で30分間保持した後に室
温まで戻して10分間保持するまでを1サイクルとする
昇温−降温サイクルを100サイクル繰り返し、100
サイクル終了後においてメタライズ層の剥離や膨れが発
生した割合を測定した。測定結果を下記表1に示す。
The above heat cycle test was conducted at -40 ° C for 3 hours.
Hold for 0 minutes, then heat up and hold at room temperature (25 ° C) for 10 minutes, then heat and hold at 125 ° C for 30 minutes, then return to room temperature and hold for 10 minutes as one cycle Temperature rising / falling temperature Repeat 100 cycles, 100
After the cycle was completed, the rate of peeling or swelling of the metallized layer was measured. The measurement results are shown in Table 1 below.

【0068】[0068]

【表1】 [Table 1]

【0069】表1に示す結果から明らかなように実施例
1〜6に係る同時焼成窒化けい素回路基板においては、
比較例1と比較して緻密化焼結完了直後における焼結体
の冷却速度を従来より低く設定しているため、粒界相に
結晶相を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱伝導
率を有する放熱性の高い高強度回路基板が得られた。
As is clear from the results shown in Table 1, in the co-fired silicon nitride circuit substrates according to Examples 1 to 6,
As compared with Comparative Example 1, the cooling rate of the sintered body immediately after the completion of the densification sintering is set to be lower than the conventional one. Therefore, the higher the proportion of the crystal phase in the grain boundary phase, the higher the thermal conductivity. A high-strength circuit board having high heat dissipation and high heat dissipation was obtained.

【0070】また、各実施例の回路基板においては、上
記の徐冷操作を経て製造されているため、厚さ0.01
〜1.0μmという薄い層状の高融点金属シリサイド層
が接合界面に均一に形成されており、高融点金属層(メ
タライズ層)のピール強度がいずれも1.0kN/m以
上となり優れた接合強度を有する。そのため、TCT後
においても、メタライズ層の剥離や膨れは皆無であり、
優れた耐久性が発揮されることが確認できた。
In addition, since the circuit boards of the respective examples are manufactured through the above-described slow cooling operation, the thickness is 0.01
A thin layered refractory metal silicide layer having a thickness of up to 1.0 μm is uniformly formed at the joint interface, and the peel strength of the refractory metal layer (metallized layer) is 1.0 kN / m or more, which provides excellent joint strength. Have. Therefore, there is no peeling or swelling of the metallized layer even after TCT,
It was confirmed that excellent durability was exhibited.

【0071】一方、比較例1のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相において
結晶相が占める割合が8%以下と少なく熱伝導率が低下
した。また、比較例1においては、メタライズ層とSi
基板との接合界面には均一なシリサイド層が形成
されておらず、厚さ0.01μm未満のシリサイド片が
点在する状態であり、Wメタライズ層が十分に固着しな
かった。しかもピール強度測定用の端子板を接合しよう
とした際に剥離を生じる程、接合強度が低かったため、
ヒートサイクル試験(TCT)は実施しなかった。
On the other hand, when the cooling rate of the sintered body was set high as in Comparative Example 1 and was rapidly cooled, the proportion of the crystal phase in the grain boundary phase was as small as 8% or less, and the thermal conductivity decreased. In Comparative Example 1, the metallization layer and Si
A uniform silicide layer was not formed at the bonding interface with the 3 N 4 substrate, and silicide pieces having a thickness of less than 0.01 μm were scattered, and the W metallized layer was not sufficiently fixed. Moreover, because the joining strength was so low that peeling occurred when trying to join the terminal plate for peel strength measurement,
No heat cycle test (TCT) was performed.

【0072】一方、焼結後の冷却速度を過度に小さくし
て長時間徐冷して製造した比較例2に係る回路基板にお
いては、高融点金属シリサイド層の厚さが過度になった
ため、ピール強度が急激に低下し、耐久性が期待できな
いことが判明した。
On the other hand, in the circuit board according to Comparative Example 2 manufactured by slowly cooling for a long time with the cooling rate after sintering being excessively low, the thickness of the refractory metal silicide layer was excessive, so that peeling occurred. It was found that the strength dropped sharply and durability could not be expected.

【0073】実施例7〜9および参考例1 実施例1に係る同時焼成窒化けい素回路基板の製造方法
において、メタライズ層の厚さが表2に示す値となるよ
うに窒化けい素グリーンシートに対するW導体ペースト
の印刷量を調整した点以外は、実施例1と同様に処理し
てそれぞれ各実施例および参考例に係る同時焼成窒化け
い素回路基板を調製した。
Examples 7 to 9 and Reference Example 1 In the method for manufacturing a co-fired silicon nitride circuit substrate according to Example 1, the silicon nitride green sheet is used so that the metallized layer has the thickness shown in Table 2. Except that the printing amount of the W conductor paste was adjusted, the same treatments as in Example 1 were carried out to prepare co-fired silicon nitride circuit boards according to Examples and Reference Examples, respectively.

【0074】調製した各回路基板について、実施例1と
同様にしてWメタライズ層のピール強度を測定するとと
もに、熱サイクル試験(TCT)を実施して、TCT後
におけるWメタライズ層の剥離および膨れの発生率を測
定して下記表2に示す結果を得た。
With respect to each of the prepared circuit boards, the peel strength of the W metallized layer was measured in the same manner as in Example 1, and a thermal cycle test (TCT) was carried out to confirm the peeling and swelling of the W metallized layer after TCT. The incidence was measured and the results shown in Table 2 below were obtained.

【0075】[0075]

【表2】 [Table 2]

【0076】上記表2に示す結果から明らかなように、
Wメタライズ層の厚さが7μm以上である実施例7〜9
の回路基板においては、TCT後における剥離の発生が
皆無であり、優れた耐久性が得られるとともに通電容量
も大きく設定できるために極めて有効であることが判明
した。
As is clear from the results shown in Table 2 above,
Examples 7 to 9 in which the thickness of the W metallized layer is 7 μm or more
It was found that in the circuit board of No. 1, no peeling occurred after TCT, excellent durability was obtained, and the current-carrying capacity could be set to a large value, which was extremely effective.

【0077】一方、Wメタライズ層が3μmと薄い参考
例1の回路基板では、ヒートサイクルによる熱膨張の影
響を受け易くなるため、剥離が発生し易いことが確認で
きた。
On the other hand, it was confirmed that the circuit board of Reference Example 1 in which the W metallization layer had a thin thickness of 3 μm was susceptible to the thermal expansion due to the heat cycle, and thus peeling was likely to occur.

【0078】実施例10〜12 実施例1に係る同時焼成窒化けい素回路基板の製造方法
において調製した複数枚のグリーンシートの所定位置
に、パンチングマシーンを用いて層間接続用のビアホー
ルを複数穿設した。次に各グリーンシートの表面にW導
体ペーストを印刷すると同時に各ビアホールにも導体ペ
ーストを充填した。
Examples 10 to 12 A plurality of via holes for interlayer connection are formed by using a punching machine at predetermined positions of a plurality of green sheets prepared in the method for manufacturing a co-firing silicon nitride circuit board according to Example 1. did. Next, the W conductor paste was printed on the surface of each green sheet, and at the same time, each via hole was filled with the conductor paste.

【0079】次に、これら導体ペーストが印刷された複
数枚のグリーンシートについて各々に穿設されたビアホ
ールの位置合せを行った後に、表3に示す積層枚数だけ
積層して熱圧着し、それぞれ多層構造の窒化けい素積層
体を調製した。
Next, after aligning the via holes formed in each of the plurality of green sheets on which these conductor pastes are printed, the laminated sheets shown in Table 3 are laminated and thermocompression-bonded. A structured silicon nitride laminate was prepared.

【0080】以下、上記積層体を実施例1と同一条件で
脱脂・同時焼成した後に徐冷することにより、多層構造
を有する実施例10〜12に係る同時焼成窒化けい素回
路基板を製造した。
Hereinafter, the above laminated body was degreased and co-fired under the same conditions as in Example 1, and then gradually cooled to produce co-fired silicon nitride circuit substrates according to Examples 10 to 12 having a multilayer structure.

【0081】各実施例に係る同時焼成窒化けい素回路基
板1aは、図3に示すように、窒化けい素基板2aが複
数の基板要素4を積層した多層構造を有し、各基板要素
4に同時焼成メタライズ層3a,3bが形成されてお
り、積層方向に隣接した同時焼成メタライズ層3a,3
bがビアホール5を介して層間接続された多層配線路を
有するように構成される。そして上記同時焼成メタライ
ズ層3aが表面配線層を構成する一方、同時焼成メタラ
イズ層3bが内部配線層を構成する。
As shown in FIG. 3, the co-fired silicon nitride circuit substrate 1a according to each embodiment has a multilayer structure in which a plurality of substrate elements 4 are laminated on a silicon nitride substrate 2a. The co-firing metallization layers 3a and 3b are formed and are adjacent to each other in the stacking direction.
b is configured to have a multi-layer wiring path interconnected via the via hole 5. The co-firing metallization layer 3a constitutes a surface wiring layer, while the co-firing metallization layer 3b constitutes an internal wiring layer.

【0082】そして上記のように調製した各実施例に係
る多層構造の同時焼成窒化けい素回路基板1aについ
て、実施例1と同一条件でヒートサイクル試験(TC
T)を100サイクル実施した後において、各層間に形
成したメタライズ層3a,3b間の導通不良の発生率を
測定して、下記表3に示す結果を得た。
A heat cycle test (TC) was conducted under the same conditions as in Example 1 for the co-fired silicon nitride circuit board 1a having a multilayer structure according to each Example prepared as described above.
After 100 cycles of T), the occurrence rate of conduction failure between the metallized layers 3a and 3b formed between the layers was measured, and the results shown in Table 3 below were obtained.

【0083】[0083]

【表3】 [Table 3]

【0084】上記表3に示す結果から明らかなように、
多層構造の回路基板とした場合においても、TCT後の
導通不良の発生は皆無であり、優れたTCT特性を発揮
することが確認できた。
As is clear from the results shown in Table 3 above,
It was confirmed that even in the case of a circuit board having a multi-layered structure, no conduction failure occurred after TCT, and excellent TCT characteristics were exhibited.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る同時焼成
窒化けい素回路基板およびその製造方法によれば、焼結
後に所定の冷却速度で徐冷して製造されているため、粒
界相の結晶化が促進され、窒化けい素基板が60W/m
・K以上の熱伝導率を有し、熱放散性に優れているた
め、従来の回路基板と比較して半導体素子の稼働時にお
ける温度上昇を効果的に抑制できる。また、さらに高出
力の半導体素子を搭載することも可能になり、半導体素
子の高出力化および高集積化に十分対応することが可能
になる。また徐冷されているため、メタライズ層と窒化
けい素基板との接合界面に高融点金属シリサイド層が均
一に形成される結果、メタライズ層の接合強度が改善さ
れ、剥離が少なく耐久性に優れた回路基板が得られる。
As described above, according to the co-firing silicon nitride circuit board and the method of manufacturing the same according to the present invention, the grain boundary phase is produced because the co-firing silicon nitride circuit board and the method for producing the same are slowly cooled at a predetermined cooling rate after sintering. Crystallization is accelerated, and the silicon nitride substrate is 60 W / m
Since it has a thermal conductivity of K or more and is excellent in heat dissipation, it is possible to effectively suppress the temperature rise during the operation of the semiconductor element as compared with the conventional circuit board. Further, it becomes possible to mount a semiconductor device of higher output, and it becomes possible to sufficiently cope with higher output and higher integration of the semiconductor device. In addition, since it is slowly cooled, a refractory metal silicide layer is uniformly formed at the bonding interface between the metallization layer and the silicon nitride substrate. As a result, the bonding strength of the metallization layer is improved and peeling is reduced and durability is excellent. A circuit board is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】回路基板の構成を模式的に示す平面図。FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of a circuit board.

【図2】図1に示す回路基板の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the circuit board shown in FIG.

【図3】本発明に係る同時焼成窒化けい素回路基板の一
実施例を示す断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a co-firing silicon nitride circuit board according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a 回路基板(厚膜回路基板) 2,2a セラミックス基板(Al基板,AlN
基板,Si基板) 3,3a 導体層(メタライズ配線層) 4 基板要素 5 ビアホール
1, 1a circuit board (thick film circuit board) 2, 2a ceramics board (Al 2 O 3 board, AlN
Substrate, Si 3 N 4 substrate) 3,3a Conductor layer (metallized wiring layer) 4 Substrate element 5 Via hole

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 3/46 H01L 23/12 D N (72)発明者 那波 隆之 兵庫県揖保郡太子町鵤300番地 株式会社 東芝姫路半導体工場内 Fターム(参考) 5E343 AA02 AA24 AA39 BB39 BB40 BB72 DD01 ER39 ER42 GG02 5E346 AA12 AA15 BB01 CC19 CC35 CC36 DD02 DD34 EE24 EE27 EE28 EE29 GG09 HH11 HH17Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H05K 3/46 H01L 23/12 DN (72) Inventor Takayuki Nanami 300 Ubo, Taiko-cho, Hyogo Prefecture Toshiba Himeji Co., Ltd. F term in semiconductor factory (reference) 5E343 AA02 AA24 AA39 BB39 BB40 BB72 DD01 ER39 ER42 GG02 5E346 AA12 AA15 BB01 CC19 CC35 CC36 DD02 DD34 EE24 EE27 EE28 EE29 GG09 HH11 HH17

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化けい素基板と、この窒化けい素基板
の少なくとも表面部に一体に形成され、WおよびMoの
少なくとも1種の高融点金属を主成分とする同時焼成メ
タライズ層とを備え、上記窒化けい素基板の熱伝導率が
60W/m・K以上であり、かつ上記窒化けい素基板の
粒界相中における結晶化合物相の粒界相全体に対する面
積割合が20%以上であることを特徴とする同時焼成窒
化けい素回路基板。
1. A silicon nitride substrate, and a co-fired metallization layer which is integrally formed on at least a surface portion of the silicon nitride substrate and has at least one refractory metal of W and Mo as a main component. The thermal conductivity of the silicon nitride substrate is 60 W / mK or more, and the area ratio of the crystal compound phase in the grain boundary phase of the silicon nitride substrate to the entire grain boundary phase is 20% or more. Characteristic co-fired silicon nitride circuit board.
【請求項2】 前記同時焼成メタライズ層と窒化けい素
基板との接合界面に、平均膜厚が0.01〜1μmの高
融点金属シリサイド層が形成されていることを特徴とす
る請求項1記載の同時焼成窒化けい素回路基板。
2. A refractory metal silicide layer having an average film thickness of 0.01 to 1 μm is formed at a bonding interface between the co-fired metallized layer and the silicon nitride substrate. Co-fired silicon nitride circuit board.
【請求項3】 前記同時焼成メタライズ層のピール強度
が1kN/m以上であることを特徴とする請求項1記載
の同時焼成窒化けい素回路基板。
3. The co-fired silicon nitride circuit board according to claim 1, wherein the peel strength of the co-fired metallized layer is 1 kN / m or more.
【請求項4】 前記同時焼成メタライズ層の厚さが7μ
m以上であることを特徴とする請求項1記載の同時焼成
窒化けい素回路基板。
4. The co-fired metallization layer has a thickness of 7 μm.
The co-firing silicon nitride circuit board according to claim 1, wherein the co-firing silicon nitride circuit board is m or more.
【請求項5】 前記同時焼成メタライズ層が窒化けい素
基板の表面にのみ存在することを特徴とする請求項1記
載の同時焼成窒化けい素回路基板。
5. The co-firing silicon nitride circuit board according to claim 1, wherein the co-firing metallization layer is present only on the surface of the silicon nitride substrate.
【請求項6】 前記窒化けい素基板が複数の基板要素を
積層した多層構造を有し、各基板要素に同時焼成メタラ
イズ層が形成されており、積層方向に隣接した同時焼成
メタライズ層が層間接続された多層配線路を有すること
を特徴とする請求項1記載の同時焼成窒化けい素回路基
板。
6. The silicon nitride substrate has a multi-layer structure in which a plurality of substrate elements are laminated, a co-firing metallization layer is formed on each substrate element, and the co-firing metallization layers adjacent in the laminating direction are interlayer-connected. The co-fired silicon nitride circuit board according to claim 1, wherein the co-fired silicon nitride circuit board has a multilayer wiring path formed therein.
【請求項7】 酸素を1.7重量%以下、不純物陽イオ
ン元素としてのAl,Li,Na,K,Fe,Ba,M
n,Bを合計で0.3重量%以下、α相型窒化けい素を
90重量%以上含有し、平均粒径1.0μm以下の窒化
けい素粉末に、希土類元素を酸化物に換算して2.0〜
17.5重量%,Mgを酸化物に換算して0.3〜3.
0重量%添加した原料混合体を成形して成形体を調製
し、WおよびMoの少なくとも一方の高融点金属を含有
する導体ペーストを上記成形体に塗布して導体パターン
を形成し、この導体パターンを形成した成形体を脱脂
後、温度1700〜1900℃で焼結し、上記焼結温度
から、上記希土類元素およびMgOにより焼結時に形成
された液相が凝固する温度までに至る焼結体の冷却速度
を毎時100℃以下にして徐冷することを特徴とする同
時焼成窒化けい素回路基板の製造方法。
7. Oxygen of 1.7% by weight or less, Al, Li, Na, K, Fe, Ba, M as impurity cation elements.
n and B are contained in a total amount of 0.3% by weight or less, α-phase type silicon nitride is contained in an amount of 90% by weight or more, and a rare earth element is converted into an oxide in a silicon nitride powder having an average particle size of 1.0 μm or less. 2.0-
17.5 wt%, 0.3 to 3.
A raw material mixture added with 0% by weight is molded to prepare a molded body, and a conductor paste containing a refractory metal of at least one of W and Mo is applied to the molded body to form a conductor pattern. After degreasing the molded body having formed the above, it is sintered at a temperature of 1700 to 1900 ° C. A method for producing a co-fired silicon nitride circuit board, which comprises gradually cooling at a cooling rate of 100 ° C. or less per hour.
【請求項8】 前記導体ペーストを塗布して導体パター
ンを形成した複数の成形体を積層した後に脱脂および焼
結を行うことを特徴とする請求項7記載の同時焼成窒化
けい素回路基板の製造方法。
8. The method for producing a co-firing silicon nitride circuit board according to claim 7, wherein degreasing and sintering are performed after stacking a plurality of compacts having the conductor pattern formed thereon by applying the conductor paste. Method.
JP2001258052A 2001-08-28 2001-08-28 Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method Pending JP2003069172A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258052A JP2003069172A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001258052A JP2003069172A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003069172A true JP2003069172A (en) 2003-03-07

Family

ID=19085633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001258052A Pending JP2003069172A (en) 2001-08-28 2001-08-28 Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003069172A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109511218A (en) * 2018-12-16 2019-03-22 天津荣事顺发电子有限公司 A kind of multilayer ceramic circuit board preparation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109511218A (en) * 2018-12-16 2019-03-22 天津荣事顺发电子有限公司 A kind of multilayer ceramic circuit board preparation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100232660B1 (en) Silicon nitride circuit board
EP1701381B1 (en) Ceramic circuit board
WO1998008256A1 (en) Silicon nitride circuit board and semiconductor module
JP6724481B2 (en) Ceramic substrate and manufacturing method thereof
JP3629783B2 (en) Circuit board
JP5057620B2 (en) Low-temperature fired ceramic sintered body and wiring board
JP2698780B2 (en) Silicon nitride circuit board
JP2001097767A (en) Alumina-based sintered product and its production, and wiring substrate and its production
JP3408298B2 (en) High thermal conductive silicon nitride metallized substrate, method of manufacturing the same, and silicon nitride module
JP3193305B2 (en) Composite circuit board
JP2939444B2 (en) Multilayer silicon nitride circuit board
JP2772273B2 (en) Silicon nitride circuit board
JP2003069172A (en) Simultaneously baking silicon nitride circuit board and its manufacturing method
JP2772274B2 (en) Composite ceramic substrate
JPH0624880A (en) Metal-ceramic material and production thereof
JP2000244121A (en) Silicon nitride wiring board and manufacture thereof
JP4763929B2 (en) Aluminum nitride sintered body, manufacturing method thereof, and circuit board using the sintered body
JP3652192B2 (en) Silicon nitride wiring board
JPH0997862A (en) High-strength circuit board and its manufacturing method
JP5043260B2 (en) Aluminum nitride sintered body, manufacturing method and use thereof
JP4535575B2 (en) Silicon nitride multilayer wiring board
JP4516057B2 (en) Silicon nitride wiring board and method for manufacturing the same
JP4116656B2 (en) High-strength circuit board and manufacturing method thereof
JP2001177197A (en) Silicon nitride wiring board
JPH10256686A (en) Ceramics circuit board and semiconductor device, and method for ceramics circuit board