JP2004299970A

JP2004299970A - 銅メタライズ窒化アルミニウム基板及びその製造方法

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Publication number: JP2004299970A
Application number: JP2003095259A
Authority: JP
Inventors: Masato Kawahara; 正人川原; Masayuki Ogino; 昌幸荻野; Kazuo Goto; 和生後藤; Hiroaki Takahashi; 広明高橋; Tomoyuki Kawahara; 智之川原
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】貫通孔に銅を充填したビアホールの信頼性を高く得ることができる銅メタライズ窒化アルミニウム基板を提供する。
【解決手段】窒化アルミニウム基板１に設けられた貫通孔２に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペースト３を充填し、焼成する。また窒化アルミニウム基板１の表面に銅がメタライズされている。銅粉末が焼結する際に体積が減少する分を膨張材によって補うことができ、貫通孔２に充填された銅を窒化アルミニウム基板１の内壁に強固に接着させることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅を充填したビアホール付きのメタライズ窒化アルミニウム基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウム基板を、回路形成用、ヒートシンク用、絶縁用などの基板として利用する場合、窒化アルミニウム基板の表面に金属膜をメタライズして設け、また窒化アルミニウム基板に設けた貫通孔に金属を充填して金属充填ビアホールを形成することが行なわれる。
【０００３】
そしてこのような窒化アルミニウム基板を製造するにあたって、従来は、窒化アルミニウム粉末に酸化物からなる焼結助剤、溶剤、バインダー等を添加して混練りすることによって作製されるグリーンシートの所望の箇所に貫通孔を設け、この貫通孔に金属ペーストを充填すると共に、必要に応じて金属ペーストによりグリーンシートの表層に配線回路パターンを形成した後、グリーンシートと金属ペーストを同時に焼成するいわゆる同時焼成法によって行なうのが一般的である。しかしこの方法では、金属ペーストの金属として、窒化アルミニウム粉末を焼結させるのに必要な高温で溶融しない融点を有する金属に限定されるという問題がある。
【０００４】
これに対して、窒化アルミニウム焼結基板を作製した後に、窒化アルミニウム焼結基板に設けられた貫通孔に金属ペーストを充填して焼成することによって金属充填ビアホールを形成し、さらに窒化アルミニウム焼結基板の表面に金属膜をメタライズする方法も提案されている。この場合には、金属ペーストの金属は、窒化アルミニウム粉末の焼結温度で溶融しない融点を有するものに限定されることがなくなるものである。
【０００５】
しかし、窒化アルミニウム基板の貫通孔に金属ペーストを充填して焼成する場合、金属の焼結によって収縮が発生し、貫通孔内での金属充填性が不十分になって、金属充填ビアホールの信頼性に問題が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔に金属ペーストを充填・焼成して金属充填ビアホールを形成するにあたって、焼成時の収縮を抑えた金属ペーストを使う方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、導体ペーストとして銅粉に耐火フィラーなどを配合したものを用い、銅粉の焼結時の収縮を防ぐことが提案されている。また特許文献２や特許文献３には、導体ペーストとして金属粉にセラミック粉末などを配合したものを用い、金属粉の焼成時の収縮を抑えることが提案されている。
【０００８】
また特許文献４や特許文献５には、導体ペーストとして銅粉や銀粉にこれらの焼結温度より焼結温度の高い高融点金属酸化物を混合し、銅粉や銀粉の焼結時の収縮を防ぐことが提案されている。同様の効果を得るために、特許文献６では金属酸化物として酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ニオブなどを用いることが提案されており、特許文献７にはタングステンや無機ホウ素化合物を用いることの提案もなされている。
【０００９】
しかし、上記の特許文献１〜７のいずれのものにあっても、銅等の金属粉に添加物を添加して収縮を抑えるようにしているが、添加物は収縮しないものの、導電性を担う銅等の金属粉そのものは焼結により体積が減少するので、全体として収縮が発生することを防ぐことは困難であり、金属充填ビアホールの信頼性において懸念が残るものである。
【００１０】
一方、窒化アルミニウム基板の表面に金属膜をメタライズする方法としては、無電解めっき法、厚膜法、薄膜法などが従来から用いられているが、窒化アルミニウム基板と金属とは異種材料であるので、窒化アルミニウム基板の表面に対する金属膜の密着性を高めることが従来から大きな課題になっている。
【００１１】
例えば、特許文献８に開示されている厚膜法では、ガラスフリットを含有する厚膜ペーストを窒化アルミニウム基板の上に塗布し焼成することによって、ガラスフリットを窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との接着材として作用させ、窒化アルミニウム基板と金属膜との接着強度を確保するようにしている。この方法では、窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との接着強度が比較的大きいことが利点として挙げられるが、一方で、ガラスフリットの上に形成した金属膜にガラス成分が分散し、電気伝導特性が低下するなどの問題が生じるおそれがある。
【００１２】
また、別の例として、特許文献９に開示されている薄膜法では、窒化アルミニウム基板の表面にチタンやクロム等の活性金属を膜として形成し、この活性金属の膜の上にメタライズすることによって、活性金属を介して窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との接着強度を確保するようにしている。この方法でも、窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との接着強度が比較的大きいことが利点として挙げられるが、一方で、窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との間にチタンやクロム等の電気伝導特性に劣る材料からなる金属膜を形成しなければならないため、電気伝導特性が低下するなどの問題が生じるおそれがある。
【００１３】
さらに、別の例としてに開示されている方法では、窒化アルミニウム基板の表面に凹凸を形成することによって、アンカー効果により窒化アルミニウム基板と金属膜との接着強度を確保するようにしている。この方法によれば、前記した従来例の様に、窒化アルミニウム基板とメタライズした金属膜との間に接着剤の目的の異種材料を介することなく、窒化アルミニウム基板の表面に直接、主導体となる任意の金属膜をメタライズできることが利点として挙げられるが、一方で、窒化アルミニウム基板上のメタライズ金属はアンカー効果による物理的な接合力で接着しているにすぎず、更なる接着強度の向上が課題として残る。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−８１９２２号公報
【特許文献２】
特開平９−３６５０８号公報
【特許文献３】
特開平１０−９３２２４号公報
【特許文献４】
特開平７−９４８４０号公報
【特許文献５】
特開平７−２３５２１５号公報
【特許文献６】
特開平１１−６６９５２号公報
【特許文献７】
特開２００２−１７６２３６号公報
【特許文献８】
特開昭６２−１７６９６０号公報
【特許文献９】
特開昭６４−８４６４８号公報
【特許文献１０】
特開昭６２−８８３９４号公報
【特許文献１１】
特開昭６２−１８２１８４号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、貫通孔に銅を充填したビアホールの信頼性を高く得ることができる銅メタライズ窒化アルミニウム基板を提供することを目的とするものであり、また窒化アルミニウム基板の表面に密着性高く銅をメタライズすることができる銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る銅メタライズ窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストが充填されて焼成されていると共に、窒化アルミニウム基板の表面に銅がメタライズされていることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項２の発明は、請求項１において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、酸化銅を表面に被覆した銅粉であることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１〜１００μｍの銅粉末と、中心粒径１００ｎｍ以下の銅粉末とからなるものであることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項４の発明は、請求項１又は２において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１０μｍ以下の銅粉末からなるものであることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、銅ペーストの膨張材が、金属酸化物の粉末であることを特徴とするものである。
【００２１】
また請求項６の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、銅ペーストの膨張材が、金属酸化物を有するガラス粉末であることを特徴とするものである。
【００２２】
また請求項７の発明は、請求項５又は６において、金属酸化物が、銅の融点以下の温度で熱分解して酸素を放出するものであることを特徴とするものである。
【００２３】
また請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれかにおいて、金属酸化物が、銅酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、銀酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、ビスマス酸化物から一種以上選ばれたものであることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項９に係る銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔の内周に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストを充填する工程と、充填された銅ペーストを焼成する工程と、窒化アルミニウムの表面に銅をメタライズする工程とを有することを特徴とするものである。
【００２５】
また請求項１０の発明は、請求項９において、貫通孔に銅ペーストを充填する前に、貫通孔が設けられた窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去することによって、貫通孔の内周を含む窒化アルミニウム基板の表層に焼結助剤からなる酸化物を露呈させる工程を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また請求項１１の発明は、請求項１０において、窒化アルミニウムを腐食させる処理液に窒化アルミニウム基板を浸漬することによって、窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去する処理を行なうことを特徴とするものである。
【００２７】
また請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれかにおいて、銅ペーストの焼成を還元雰囲気もしくは不活性雰囲気で行なうことを特徴とするものである。
【００２８】
また請求項１３の発明は、請求項９乃至１２のいずれかにおいて、窒化アルミニウム基板の表面への銅のメタライズをＰＶＤ法で行なうことを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
本発明において用いられる窒化アルミニウム基板１は概ね次の作業によって得ることができる。まず窒化アルミニウム粉末に、酸化物からなる焼結助剤、溶剤、バインダー等を添加して混練し、グリーンシートを作製する。そしてこのグリーンシートを高温で焼結する焼結工程を経て、窒化アルミニウム基板を得ることができる。ここで、焼結助剤としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢｅＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等が用いられるものであり、窒化アルミニウム基板に対して０．１〜１０質量％の範囲で添加されている。また、焼結工程におけるグリーンシートの焼結は、例えば１２００〜２１００℃の範囲の高温で行われる。この窒化アルミニウム基板１には貫通孔２が形成してある。貫通孔２の形成は、グリーンシートの段階で行なうようにしても、焼成済みの窒化アルミニウム基板１に対して行なうようにしても、いずれでもよい。
【００３１】
そして本発明は、この焼成済みの窒化アルミニウム基板１の貫通孔２に銅ペースト３を充填・焼成して銅充填ビアホール５を形成し、さらに銅充填ビアホール５の部分を含めて窒化アルミニウム基板１の表面に銅膜４をメタライズするものである。
【００３２】
銅ペースト３は、導電性を担う主成分の銅粉にバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを配合して混合することによって調製することができる。混合の方法は特に限定されるものではないが、三本インクロールを用いて行なうことができる。銅粉に対するバインダーポリマー、溶剤、膨張材の配合割合は特に制限されるものではないが、銅粉末１００質量部に対して、バインダーポリマー１〜１０質量部、溶剤２〜１５質量部、膨張材１〜１０質量部の範囲が好ましい。
【００３３】
本発明の銅ペースト３において、銅粉としては、中心粒径が１〜１００μｍの銅粉に、中心粒径が１００ｎｍ以下の微細な銅粉を混合したものを用いることができる。このように粒径の大きい銅粉に中心粒径１００ｎｍ以下の微細な銅粉を混合して使用することによって、中心粒径１００ｎｍ以下の微細な銅粉は貫通孔２の内壁の凹凸に入り易く、しかも反応性に富んでいるので、貫通孔２の内壁に対する銅の密着性を高めることができるものである。この中心粒径１００ｎｍ以下の微細な銅粉の粒径の下限は特に設定されるものではないが、実用的には、１ｎｍ程度が下限である。また中心粒径１００ｎｍ以下の微細な銅粉の混合量は、粒径の大きい銅粉１００質量部に対して１〜３０質量部の範囲が好ましい。
【００３４】
また銅粉として上記のように大きな粒径と微細な粒径のものを併用しない場合、銅粉は中心粒径が１０μｍ以下のものを用いるのが好ましい。中心粒径１０μｍ以下の銅粉を用いることによって、銅ペースト３の粘性を高め、貫通孔２に充填した銅ペースト３が貫通孔２から垂れることを防ぐことができるものである。この場合、銅粉の中心粒径は１ｎｍ以上であることが望ましい。
【００３５】
さらに銅粉末としては、酸化銅を表面に被覆した銅粉を用いることもできる。このように酸化銅を表面に被覆した銅粉を用いると、金属銅に比べて酸化銅は焼結され難いため、貫通孔２に充填した銅ペースト３を焼成する際の昇温過程で銅粉末が焼結されることが酸化銅で阻止され、そして酸化銅が熱還元される温度に至ると酸化銅から酸素を放出しながら焼結が起こるものであり、酸素の放出による膨張で、体積減少することなく銅粉末を焼結させることができるものである。
【００３６】
また、本発明の銅ペースト３において、バインダーポリマーとしては、特に限定されるものではないが、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル類、ニトロセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロース、ブチルセルロース等のセルロース類、ポリオキシメチレン等のポリエーテル類、ポリブタジエン、ポリイソプレン等のポリビニル類、ナイロン６、ナイロン６．６、ナイロン１１等のポリアミドなどを使用することができ、これらは１種を単独で用いる他、２種類以上を混合して用いることもできる。
【００３７】
さらに、本発明の銅ペースト３において、溶剤としては、特に限定されるものではないが、カルビトール、カルビトールアセテート、テレピネオール（ターピノール）、メタクレゾール、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ターピノール、ジアセトンアルコール、トリエチレングリコール、パラキシレン、乳酸エチル、イソホロン等の高沸点の有機溶剤を使用することができ、これらは１種を単独で用いる他、２種類以上を混合して用いることもできる。
【００３８】
そして本発明の銅ペースト３に配合される膨張材は、銅ペースト３を焼成する際に、その加熱温度で熱還元分解し、酸素を放出して膨張するものであり、金属酸化物を用いることができる。また銅ペースト３を焼成する温度は銅の融点（１０８３℃）以下の温度であるので、銅の融点以下の温度で熱還元分解して酸素を放出するものであることが必要であり、概ね、５００〜１１００℃の範囲で熱分解して酸素を放出するものが好ましい。このような金属酸化物としては、銅酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、銀酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、ビスマス酸化物を用いることができ、これらを１種単独で用いる他、２種以上を併用することもできる。
【００３９】
金属酸化物は、金属酸化物単体の粉末として銅ペースト３に配合する他、金属酸化物を含有するガラス粉末として銅ペースト３に配合して用いることもできる。ここで、金属酸化物を含有するガラス粉末において、金属酸化物はガラス中に原子状態に近い状態で存在するが、ガラスは銅ペースト３を焼成する際の昇温過程で溶融して銅ペースト３中に均一に分散され、このガラスに含まれる金属酸化物から酸素が放出されるので、金属酸化物を含有するガラス粉末を用いるほうが、膨張の効率を高く得ることができる。ただ、電気抵抗の点では焼成後もガラスの残分が残ることになるので、金属酸化物の粉末のほうが有利である。
【００４０】
次に、上記の焼成済みの窒化アルミニウム基板１の貫通孔２に銅ペースト３を充填して焼成し、銅充填ビアホール５を形成する工程、及び窒化アルミニウム基板１の表面に銅膜４をメタライズする工程について説明する。メタライズの方法については特に限定されるものではなく、例えば湿式めっき法や、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱蒸着法などのＰＶＤ法（物理的蒸着法）で行なうことができる。
【００４１】
上記のように焼成して得られた窒化アルミニウム基板１は、窒化アルミニウム結晶粒子１０の界面間に１０質量％以下の焼結助剤からなる酸化物１１が存在するものとして形成されている。ここで、ＰＶＤ法で銅膜４をメタライズする方法を選択した場合、この焼結助剤からなる酸化物１１とメタライズした銅膜４の間にはＣｕ−Ｏ共晶液相が形成され、このＣｕ−Ｏ共晶液相を介して、焼結助剤からなる酸化物１１に対して銅膜４は高い密着強度で密着するので、窒化アルミニウム基板１の表面に対する銅膜２の密着強度を高く得ることができる。
【００４２】
そして図１（ａ）は、焼結して得られた窒化アルミニウム基板１の、貫通孔２の付近での焼結組織を示すものであり、窒化アルミニウム結晶粒子１０の界面間に１０質量％以下の焼結助剤からなる酸化物１１が形成されている。焼結助剤からなる酸化物１１は窒化アルミニウム基板１の表層に大きく露出していないので、焼結助剤からなる酸化物１１に対する密着強度を高く得ることはできない。
【００４３】
そこで本発明では、まず、窒化アルミニウム基板１の表層の結晶粒子１０を除去する処理をすることによって、図１（ｂ）のように結晶粒子１０の裏側に隠れていた焼結助剤からなる酸化物１１を大きく露出させる。窒化アルミニウム基板１の表層の結晶粒子１０を除去する処理としては、例えば、窒化アルミニウム基板を腐食させる処理液に窒化アルミニウム基板１を浸漬することによって、窒化アルミニウム基板１の表層の結晶粒子１０を除去する方法がある。尚、本発明では、酸化物１１が窒化アルミニウム基板１の表面にわずかに露出しているために、窒化アルミニウム基板１の表面の結晶粒子１０を特に除去する必要はない。
【００４４】
窒化アルミニウム基板１を腐食させる処理液としては、焼結助剤からなる酸化物１１は溶解しないが窒化アルミニウム結晶粒子１０は溶解する酸性或いは、中性或いは、アルカリ性の薬液を用いることができるものであり、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液を用いることができる。そして処理液に窒化アルミニウム基板１を浸漬することによって、処理液が接触する窒化アルミニウム基板１の表層の結晶粒子１０のみを除去することができ、焼結助剤からなる酸化物１１を窒化アルミニウム基板１の表層に大きな表面積で露呈させることができるものである。具体的な処理条件の例としては、処理液として水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ溶液を用いる場合、濃度を１０〜３０質量％、浸漬処理の温度４０〜８０℃、浸漬処理の時間１０〜６０分に設定するのが望ましい。ちなみに、上記条件の上限を超えると、窒化アルミニウム基板１の表層の結晶粒子１０の除去が過剰となり、窒化アルミニウム基板１の基材そのものの機械強度が低下してしまう可能性があり好ましくない。また、上記条件の下限を下回ると、目的とする結晶粒子１０の除去が不十分となり、窒化アルミニウム基板１の表面に対する密着性を最大限に引き出すことが出来ない可能性があり好ましくない。
【００４５】
次に、上記のように処理された窒化アルミニウム基板１の貫通孔２に銅ペースト３を充填する。貫通孔２に銅ペースト３を充填する方法としては、貫通孔２より若干大きい穴径を持つメタルマスクを用い、スクリーン印刷の要領で貫通孔２に銅ペースト３を充填するようにすることが望ましいが、特にこれに限定されるものではなく、ディスペンサーなどを用いて充填を行なうようにしても良い。図２（ａ）に銅ペースト３が充填された形態を示す。図２（ａ）に示すように、窒化アルミニウム基板１の表面から銅ペースト３がはみ出すよう充填を行なう方が望ましい。また一回の印刷で貫通孔２に銅ペースト３を十分に充填することができない場合には、何回か印刷を繰り返すことによって十分に充填するようにするのがよい。
【００４６】
このように貫通孔２に銅ペースト３を充填した後、乾燥工程に移る。乾燥工程は銅ペースト３中の溶剤分を揮発するために行なわれるものであり、８０〜２００℃程度の範囲の温度で加熱して乾燥を行なうことができる。このときに窒化アルミニウム基板１の表面からはみ出した部分をバフやブラシにより研磨するようにして良い。
【００４７】
この後に、貫通孔２に充填した銅ペースト３を焼成する。本発明では導電性を担う粒子に銅を用いており、銅の酸化を防ぐために還元雰囲気もしくは不活性雰囲気で焼成することが望ましい。この場合、金属酸化物が酸素を放出しやすいように弱還元雰囲気で焼成を行なうのが特に望ましい。弱還元雰囲気は、例えば、一酸化炭素ガス雰囲気もしくは、窒素ガス中に水素ガスを微量混合した雰囲気などによって形成することができるものであり、金属酸化物が酸素を放出しやすい状態の雰囲気である。また焼成は、銅ペースト３に膨張材として配合した金属酸化物が熱分解により酸素を放出する温度以上の温度で行なう必要がある。従って、焼成温度は、金属酸化物が熱分解により酸素を放出する温度以上、銅の融点以下の温度範囲に設定するのが好ましく、焼成時間は特に制限されないがピーク温度保持時間を５〜３０分程度に設定するのがこのましい。
【００４８】
このように、貫通孔２に充填した銅ペースト３を焼成することによって、銅ペースト３中のバインダーポリマーは分解して除去されると共に銅粉が焼結され、貫通孔２内を銅粉の焼結体である銅層１２で充填することができるものである。そして銅ペースト３に膨張材として配合した金属酸化物が焼成の際に熱分解して酸素を放出し、銅層１２を膨張させて焼結に伴う収縮を防ぐことができるものである。
【００４９】
図２（ｂ）に窒化アルミニウム基板１の貫通孔２に銅層１２を充填して形成される銅充填ビアホール５の状態を示す。また必要に応じて、貫通孔２に充填された銅層１２のうち、窒化アルミニウム基板１の表面からはみ出した部分をバフやブラシにより研磨して除去するようにしても良く、このようにはみ出した部分を除去した状態を図２（ｃ）に示す。
【００５０】
上記のように貫通孔２に銅ペースト３を充填して焼成した後、図１（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、貫通孔２に充填した銅層１２の表面も含めて、窒化アルミニウム基板１の表面に銅をメタライズする。銅のメタライズは、例えばＰＶＤ法で行なうことができる。ＰＶＤ法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱蒸着法等を採用することができる。ＰＶＤ法による銅メタライズにおいては、成膜時の付着原子のエネルギーは１０ｅＶ程度となり、このエネルギーを温度でいいかえると１０万℃程度となり、銅メタライズで形成される銅膜４と窒化アルミニウム基板１との接着に必要なＣｕ−Ｏ共晶液相を焼結助剤からなる酸化物１１の界面に形成させることができるものである。また、ＰＶＤ法によって銅メタライズを行うにあたって、窒化アルミニウム基板１の表面をアルコール洗浄したり、水分蒸散除去効果を狙った予熱を行ったり、酸素プラズマやイオンボンバード等の前処理を行ったりすることで、窒化アルミニウム基板１の表面に対する銅膜４の密着性を最大限に引き出すことが出来るので好ましい。
【００５１】
さらに、上記のように窒化アルミニウム基板１の表面にメタライズして銅膜４を形成した後、この銅メタライズで形成した銅膜４に通電しながらこの上に電解銅めっきを施すことによって、厚付けめっきを行うようにしてもよく、アプリケーションに必要な所望の膜厚に銅膜４を調整することが可能になるものである。例えばＰＶＤ法により窒化アルミニウム基板１の表面に成膜する銅膜４の膜厚を０．５μｍ程度とし、所望の膜厚までの残りの成膜を電解銅めっきで行うことによって、生産効率良く厚い膜厚の銅膜４を形成することができるものであり、またＰＶＤ法により成膜した銅膜４の残留応力による密着性への悪影響を回避することもできるものである。また、必要に応じて、銅メタライズの後、ニッケル、金等の多層メタライズを行うようにしてもよい。
【００５２】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００５３】
（実施例１）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３を３質量％、ＣａＯを１質量％配合して調製した窒化アルミニウム組成物を成形し、複数の貫通孔を有するグリーンシートを調製した。そしてこのグリーンシートを１８００℃で２時間、焼結処理することによって、直径０．５ｍｍの貫通孔２を複数有する窒化アルミニウム基板１を調製した（図１（ａ）参照）。
【００５４】
そしてこの窒化アルミニウム基板１を、６０℃に加温した２０質量％の水酸化ナトリウム水溶液中に３０分間浸漬し、窒化アルミニウム基板１の表層（貫通孔２の表層を含む）の結晶粒子１０を除去することによって、窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた（図１（ｂ）参照）。
【００５５】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末に中心粒径５０ｎｍの銅粉末を５質量％混合した銅粉末を調製し、この銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテート３質量部、ターピノール４質量部、及び膨張材として中心粒径１μｍの酸化銅を１０質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。また、この銅ペースト３を直径０．５ｍｍの貫通孔２に充填するために、直径０．６ｍｍの穴を持つメタルマスクを用意した。そして、スクリーン印刷の要領で窒化アルミニウム基板１の貫通孔２内に銅ペースト３を充填した（図２（ａ）参照）。引き続いて、１５０℃×２０分の条件で銅ペースト３中の溶剤分を揮発させるための乾燥を行った。
【００５６】
次に、貫通孔２に充填した銅ペースト３を、酸素濃度５ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で、膨張材として用いる酸化銅が熱還元される９５０℃以上のピーク温度１０００℃で焼成した（図２（ｂ）参照）。このときの焼成条件は、室温からピーク温度までの昇温時間２５分、ピーク温度保持時間１０分、ピーク温度から室温への降温時間２５分であった。続いて、窒化アルミニウム基板１の表面からはみ出した部分をバフ研磨により除去し、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成した（図２（ｃ）参照）。
【００５７】
次いで、窒化アルミニウム基板１をアルコール洗浄して表面の汚れを除去した後、予熱ゾーン、プラズマ処理ゾーン、スパッタリングゾーンとからなる連続スパッタリング装置に導入し、装置内の各ゾーンを１．２×１０^−４Ｐａに保ち、まず加熱ゾーンにて、窒化アルミニウム基板１を２００℃に加熱し、続いてプラズマ処理ゾーンにて、酸素プラズマ処理を行った。続いてスパッタリングゾーンにて、アルゴンガスを導入して０．５Ｐａの圧力に調整し、無酸素銅をターゲットとして直流電力を１ｋＷで与え、成膜速度を毎分０．１μｍとしてスパッタリングを行い、膜厚が０．３μｍのメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した（図１（ｃ）、図２（ｄ）参照）。
【００５８】
次に、上記の銅充填ビアホール付き銅メタライズ窒化アルミニウム基板のメタライズ銅膜４と窒化アルミニウム基板１の接着強度を測定する為、メタライズ銅膜４の表面に電解銅めっきを施し、銅膜厚を１０μｍに調整した。次いで、この銅膜４に対してフォトエッチング法により２×２ｍｍの正方形の銅膜パターンを形成し、この銅膜パターンの上に０．８ｍｍφの錫めっき軟銅線を半田付けし、この軟銅線を引っ張ることによって、銅膜パターンを窒化アルミニウム基板１の表面から引き剥がす時の強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９８．２Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また、同様に銅充填ビアホール５の上にフォトエッチング法により２×２ｍｍの正方形の銅膜パターンを形成し、引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、貫通孔２に充填されている銅層１２は欠落することがなく、貫通孔２に充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００５９】
また、同様に作製した銅充填ビアホール付き銅メタライズ窒化アルミニウム基板に、フォトエッチング法により、ビアホール５が１００個連続して接続する図３（ａ）（ｂ）（ｃ）のようなパターン１４を形成し、両端の端子部１５でこのパターン１４の電気抵抗値を測定した（図３において寸法の単位はｍｍ）。測定結果、電気抵抗値は３ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００６０】
（実施例２）
グリーンシートに貫通孔を形成すること以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１を作製し、この窒化アルミニウム基板１に対し、炭酸ガスレーザーを用いて貫通孔２を形成した。
【００６１】
そしてこの窒化アルミニウム基板１を、５０℃に加温した２６質量％の水酸化ナトリウム水溶液中に１５分間浸漬し、窒化アルミニウム基板１の表層（貫通孔２の表層を含む）の結晶粒子１０を除去することによって、窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００６２】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末に中心粒径５０ｎｍの銅粉末を５質量％混合した銅粉末を調製し、この銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテートを３質量部とターピノールを４質量部、及び膨張材として酸化ビスマスを２０質量％含有するＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラス粉を５質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。そしてこの銅ペースト３をディスペンサーを用いて窒化アルミニウム基板１の貫通孔２内に充填した。
【００６３】
以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成した。
【００６４】
次に、窒化アルミニウム基板１をアルコール洗浄して表面の汚れを除去した後、予熱ゾーン、ＲＦ処理ゾーン、スパッタリングゾーンとからなる連続スパッタリング装置に導入し、装置内の各ゾーンを１．２×１０^−４Ｐａに保ち、まず加熱ゾーンにて、この窒化アルミニウム基板１を２００℃に加熱し、続いてＲＦ処理ゾーンにて、アルゴンガスを導入して１０Ｐａの圧力に調整し、この窒化アルミニウム基板１に１３．５６ＭＨｚの高周波を２００Ｗの出力で８分間与え、イオンボンバードを行った。続いてスパッタリングゾーンにて、アルゴンガスを導入して０．５Ｐａの圧力に調整し、無酸素銅をターゲットとして直流電力を１ｋｗで与え、成膜速度を毎分０．１μｍとしてスパッタリングを行い、膜厚が０．３μｍのメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００６５】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９８．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００６６】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は４ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００６７】
（実施例３）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を、表層の結晶粒子を除去して焼結助剤からなる酸化物を大きな表面積で露呈させる処理を行なわないで、用いた。
【００６８】
一方、中心粒径８μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を５質量部、ブチルカルビトールアセテートを７質量部とターピノールを７質量部、膨張材として酸化亜鉛を４０質量％含有するＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス粉を１０質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００６９】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成した。次に、この窒化アルミニウム基板１の表面に無電解銅めっきにより銅膜４をメタライズした。すなわち、窒化アルミニウム基板１をＳｎＣｌ_２の濃塩酸溶液中に浸漬して表面の感受性化を行ない、さらにＰｄＣｌ_２の濃塩酸溶液中に浸漬して窒化アルミニウム基板１の表面に触媒核を形成した。続いて無電解銅めっき液をめっき浴槽に入れて浴温を６０℃に調節し、この中に窒化アルミニウム基板１を浸漬することによって、無電解銅めっきで銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００７０】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は５０．５Ｎであり、実用上問題のない密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００７１】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は４ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００７２】
（実施例４）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００７３】
一方、中心粒径３μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を５質量部、ブチルカルビトールアセテートを７質量部とターピノールを７質量部、膨張材として中心粒径３μｍの酸化ニッケル粉末を５質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００７４】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００７５】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は８９．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００７６】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は４ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００７７】
（実施例５）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００７８】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテートを３．５質量部とターピノールを３．５質量部、膨張材として中心粒径３μｍの酸化パラジウム粉末を１０質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００７９】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００８０】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９５．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００８１】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は３ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００８２】
（実施例６）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００８３】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテートを３．５質量部とターピノールを３．５質量部、膨張材として中心粒径３μｍの酸化銀粉末を１０質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００８４】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００８５】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９３．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００８６】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は３ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００８７】
（実施例７）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００８８】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテートを３．５質量部とターピノールを３．５質量部、膨張材として中心粒径３μｍの酸化インジウム粉末を７質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００８９】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００９０】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は８６．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００９１】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は３ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００９２】
（実施例８）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【００９３】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末１００質量部に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテートを３．５質量部とターピノールを３．５質量部、膨張材として酸化錫を３０質量％含有するＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２系ガラス粉を７質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、銅ペースト３を作製した。
【００９４】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【００９５】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９０．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、引き剥がし強度は同様で、充填されている銅層１２は欠落することがなく、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁も極めて強固に接着していることがわかった。
【００９６】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は４ｍΩであり、非常に優れた電気伝導性を示すものであった。
【００９７】
（実施例９）
実施例１と同様にして作製した窒化アルミニウム基板を用い、実施例１と同様の表層の結晶粒子を除去することを一切行わなかった窒化アルミニウム基板に対し、実施例１と同様の条件により銅膜をメタライズした。
【００９８】
そして実施例１と同様の方法で銅膜の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は６９．６Ｎであり、実用上問題のない密着強度を有するものであった。
【００９９】
（比較例１）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３を３質量％、ＣａＯを１質量％配合して調製した窒化アルミニウム組成物を成形し、複数の貫通孔を有するグリーンシートを作成した。そしてグリーンシートの表面及び貫通孔内に、タングステン金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加してペースト状に仕立てた金属ペーストをスクリーン印刷法により塗布した。次いで、前記グリーンシートを還元雰囲気中で、１６８０℃、２時間焼成することにより、同時焼成窒化アルミニウム基板を得た。
【０１００】
そして実施例１と同様の方法で銅膜の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は２５．５Ｎであり、上記の各実施例より密着強度が低いものであった。また実施例１と同様にビアホールの上を引き剥がす時の強度を測定した結果、充填されている銅は欠落することがなく、充填されている銅と窒化アルミニウム基板の内壁は極めて強固に接着していることがわかった。
【０１０１】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は３０ｍΩであり、上記の各実施例より劣った電気伝導性を示すものであった。
【０１０２】
（比較例２）
実施例１と同様にして得た窒化アルミニウム基板１を用い、実施例１と同様にして窒化アルミニウム基板１の表層に焼結助剤からなる酸化物１１を大きな表面積で露呈させた。
【０１０３】
一方、中心粒径５μｍの銅粉末に中心粒径５０ｎｍの銅粉末を５質量％混合した銅粉末を調製し、この銅粉末１００質量に対してアクリル樹脂を３質量部、ブチルカルビトールアセテート３質量部、ターピノール４質量部添加し、これを三本ロールにて混合することによって、膨張材を含有しない銅ペースト３を作製した。
【０１０４】
この銅ペースト３を用い、以下は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム基板１の表面と平滑に銅層１２が貫通孔２に充填された銅充填ビアホール５を形成し、さらに実施例１と同様にしてメタライズ銅膜４を窒化アルミニウム基板１の表面に形成した。
【０１０５】
そして実施例１と同様の方法で銅膜４の引き剥がし強度を測定した。測定結果、引き剥がし強度は９５．７Ｎであり極めて強固な密着強度を有することが確認できた。
【０１０６】
また実施例１と同様に銅充填ビアホール５の上を引き剥がす時の強度を測定した結果、貫通孔２に充填されている銅層１２が抜け落ち、銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁との接着強度が低いことがわかった。
【０１０７】
また、実施例１と同様に電気抵抗値を測定した。測定結果、電気抵抗値は無限大を示した。これは、充填されている銅層１２と窒化アルミニウム基板１の内壁との間に空隙が発生した状態で銅膜４のメタライズを行っている結果、窒化アルミニウム基板１の表面の銅膜４と銅充填ビアホール５内の銅層１２との連続性が取れなかった為である。
【０１０８】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る銅メタライズ窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストが充填されて焼成されていると共に、窒化アルミニウム基板の表面に銅がメタライズされているので、銅粉末が焼結する際に体積が減少する分を膨張材によって補うことができるものであり、貫通孔に充填された銅を窒化アルミニウム基板の内壁に強固に接着させて、窒化アルミニウム基板の表裏面での密閉性に優れた銅充填ビアホールを形成することができ、ビアホールの信頼性を高く得ることができるものである。
【０１０９】
また請求項２の発明は、請求項１において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、酸化銅を表面に被覆した銅粉であるので、銅ペーストを焼成するにあたって、表面の酸化銅が熱還元されるまでの昇温過程で銅粉の焼結を阻止すると共に、熱還元が起こる温度で酸化銅から酸素を放出させながら焼結を起こさせることができ、体積減少が生じる銅粉末を焼結させて、信頼性の高い銅充填ビアホールを形成することができるものである。
【０１１０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１〜１００μｍの銅粉末と、中心粒径１００ｎｍ以下の銅粉末とからなるものであるので、貫通孔に充填された銅と窒化アルミニウム基板の内壁との密着力を向上させることができるものである。
【０１１１】
また請求項４の発明は、請求項１又は２において、銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１０μｍ以下の銅粉末からなるものであるので、貫通孔に銅ペーストを充填するにあたって、垂れを少なくすることができ、充填性を向上させることができるものである。
【０１１２】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、銅ペーストの膨張材が、金属酸化物の粉末であるので、焼成の際に金属酸化物が熱分解して酸素を放出し、銅粉末の焼結の際の収縮による体積減少を抑えることができるものであり、しかも金属酸化物は金属に還元されることから、電気抵抗値や熱伝導性を悪化させることなく貫通孔への充填性を向上させることができるものである。
【０１１３】
また請求項６の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、銅ペーストの膨張材が、金属酸化物を有するガラス粉末であるので、焼成の際に金属酸化物が熱分解して酸素を放出し、銅粉末の焼結の際の収縮による体積減少を抑えることができるものであり、しかも金属酸化物は金属に還元されることから、電気抵抗値や熱伝導性を悪化させることなく貫通孔への銅の充填性を向上させることができるものである。
【０１１４】
また請求項７の発明は、請求項５又は６において、金属酸化物が、銅の融点以下の温度で熱分解して酸素を放出するものであるので、焼成の際に金属酸化物が熱分解して酸素を放出し、銅粉末の焼結の際の収縮による体積減少を抑えることができるものであり、しかも金属酸化物は金属に還元されることから、電気抵抗値や熱伝導性を悪化させることなく貫通孔への銅の充填性を向上させることができるものである。
【０１１５】
また請求項８の発明は、請求項５乃至７のいずれかにおいて、金属酸化物が、銅酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、銀酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、ビスマス酸化物から一種以上選ばれたものであるので、焼成の際にこれらの金属酸化物が熱分解して酸素を放出し、銅粉末の焼結の際の収縮による体積減少を抑えることができるものであり、しかも金属酸化物は金属に還元されることから、電気抵抗値や熱伝導性を悪化させることなく貫通孔への銅の充填性を向上させることができるものである。
【０１１６】
本発明の請求項９に係る銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔の内周に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストを充填する工程と、充填された銅ペーストを焼成する工程と、窒化アルミニウムの表面に銅をメタライズする工程とを有するので、銅ペーストを焼成して銅粉末が焼結する際に体積が減少する分を膨張材によって補うことができるものであり、貫通孔に充填された銅を窒化アルミニウム基板の内壁に強固に接着させて、窒化アルミニウム基板の表裏面での密閉性に優れた銅充填ビアホールを形成することができ、ビアホールの信頼性を高く得ることができるものである。
【０１１７】
また請求項１０の発明は、請求項９において、貫通孔に銅ペーストを充填する前に、貫通孔が設けられた窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去することによって、貫通孔の内周を含む窒化アルミニウム基板の表層に焼結助剤からなる酸化物をさらに大きく露呈させる工程を有するので、焼結助剤からなる酸化物とメタライズした銅との界面にＣｕ−Ｏ共晶液相を介して銅を密着させるにあたって、窒化アルミニウム基板の表層に露呈させた焼結助剤からなる酸化物に対する銅の高い密着強度を確保することができ、ガラスフリットや活性金属を形成したりする必要なく、窒化アルミニウム基板の表面に形成されるメタライズ銅の密着性を高めることができるものである。
【０１１８】
また請求項１１の発明は、請求項１０において、窒化アルミニウムを腐食させる処理液に窒化アルミニウム基板を浸漬することによって、窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去する処理を行なうようにしたので、処理液に窒化アルミニウム基板を浸漬するという簡便な方法で、窒化アルミニウム基板の表層に焼結助剤からなる酸化物を露呈させることができるものである。
【０１１９】
また請求項１２の発明は、請求項９乃至１１のいずれかにおいて、銅ペーストの焼成を還元雰囲気もしくは不活性雰囲気で行なうようにしたので、銅粉末の酸化を防ぐことができると共に、膨張材の金属酸化物から酸素を放出させ易くすることができるものである。
【０１２０】
また請求項１３の発明は、請求項９乃至１２のいずれかにおいて、窒化アルミニウム基板の表面への銅のメタライズをＰＶＤ法で行なうようにしたので、窒化アルミニウム基板の表層に露呈させた焼結助剤からなる酸化物に対してＰＶＤ法でメタライズした銅を高い密着強度で密着させることができ、ガラスフリットや活性金属を形成したりする必要なく、窒化アルミニウム基板の表面に形成されるメタライズ銅の密着性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ窒化アルミニウム基板の一部を拡大した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ窒化アルミニウム基板の断面図である。
【図３】ビアホールの電気抵抗値を測定するためのパターンを示すものであり、（ａ）は窒化アルミニウム基板の表面図、（ｂ）は窒化アルミニウム基板の裏面図、（ｃ）は一部の拡大図である。
【符号の説明】
１窒化アルミニウム基板
２貫通孔
３銅ペースト
４銅膜
５銅充填ビアホール
１０窒化アルミニウム結晶粒子
１１酸化物
１２銅層

Claims

窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストが充填されて焼成されていると共に、窒化アルミニウム基板の表面に銅がメタライズされていることを特徴とする銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
銅ペーストの主成分の銅粉末が、酸化銅を表面に被覆した銅粉であることを特徴とする請求項１に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１〜１００μｍの銅粉末と、中心粒径１００ｎｍ以下の銅粉末とからなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
銅ペーストの主成分の銅粉末が、中心粒径１０μｍ以下の銅粉末からなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
銅ペーストの膨張材が、金属酸化物の粉末であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
銅ペーストの膨張材が、金属酸化物を有するガラス粉末であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
金属酸化物が、銅の融点以下の温度で熱分解して酸素を放出するものであることを特徴とする請求項５又は６に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
金属酸化物が、銅酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、パラジウム酸化物、銀酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、ビスマス酸化物から一種以上選ばれたものであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板。
窒化アルミニウム基板に設けられた貫通孔の内周に、主成分の銅粉末とバインダーポリマーと溶剤と膨張材とを含有する銅ペーストを充填する工程と、充填された銅ペーストを焼成する工程と、窒化アルミニウムの表面に銅をメタライズする工程とを有することを特徴とする銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法。
貫通孔に銅ペーストを充填する前に、貫通孔が設けられた窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去することによって、貫通孔の内周を含む窒化アルミニウム基板の表層に焼結助剤からなる酸化物を露呈させる工程を有することを特徴とする請求項９に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法。
窒化アルミニウムを腐食させる処理液に窒化アルミニウム基板を浸漬することによって、窒化アルミニウム基板の表層の結晶粒子を除去する処理を行なうことを特徴とする請求項１０に記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法。
銅ペーストの焼成を還元雰囲気もしくは不活性雰囲気で行なうことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法。
窒化アルミニウム基板の表面への銅のメタライズをＰＶＤ法で行なうことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の銅メタライズ窒化アルミニウム基板の製造方法。