JP2009143766A - メタライズド基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、該窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、高融点金属層がアルミナを含むメタライズド基板、および窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層、アルミナを含む高融点金属ペースト層を積層し、焼成するメタライズド基板の製造方法である。
【選択図】図1
Description
(窒化アルミニウム焼結体基板)
本発明において、窒化アルミニウム焼結体基板10は、特に制限されるものではなく、公知の方法により製造されたものを使用することができる。具体的には、窒化アルミニウムグリーンシート、または窒化アルミニウム顆粒を加圧成形した加圧成形体を焼成する公知の方法により製造することができる。この窒化アルミニウム焼結体の原料には、通常使用される公知の希土類等の焼結助剤を含んでいてもよい。また、窒化アルミニウム焼結体基板の形状、厚み等についても、特に制限されるものでなはなく、メタライズド基板の用途に応じて適宜決定してやればよい。なお、窒化アルミニウム焼結体基板10の表面は、必要に応じて研磨して表面を平滑にしてもよい。
本発明のメタライズド基板は、前記窒化アルミニウム焼結体基板10の上に、アルミナ焼結体層20が積層されてなる。このアルミナ焼結体層20が存在すること、および下記に詳述する高融点金属層30がアルミナを含むことにより、高融点金属層30が高い接合強度を有し、かつ反りの小さいメタライズド基板とすることができる。
本発明のメタライズド基板は、前記アルミナ焼結体層20の上に、アルミナを含む高融点金属層30が積層されてなる。この高融点金属層30がアルミナを含むことにより、高融点金属層30の密着性を高めることができ、さらに、メタライズド基板の反りを小さくすることができる。この高融点金属層30を構成する高融点金属は、タングステン、またはモリブデンであることが好ましい。中でも、下記に詳述するが、高融点金属層30の接合強度を高め、かつ、含まれるアルミナの量を低減し、配線抵抗をより低くするためには、タングステンを使用することが好ましい。
次に、本発明のメタライズド基板の製造方法について説明する。本発明のメタライズド基板は、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することにより製造することが好ましい。窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層およびアルミナを含む高融点金属ペースト層を積層した後、焼成することにより、両ペースト層の収縮を小さくすることができるため、得られるメタライズド基板の反りをより小さくすることができる。また、アルミナペースト層および高融点金属ペースト層を同時に焼成するため、操作を簡略化することができ、しかも、アルミナ焼結体層20および高融点金属層30との界面に凹凸を生じさせやすくなり、高融点金属層30の接合強度を高めることができる。
本発明においては、先ず、窒化アルミニウム焼結体基板の上に、アルミナペースト層を形成する。前記アルミナペースト層は、アルミナ粉末、バインダー樹脂、溶媒等を含むアルミナペーストにより形成されるものである。
次に、本発明においては、前記方法により形成したアルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成する。この高融点金属ペースト層を形成する高融点金属ペーストは、必ず、高融点金属粉末、アルミナ粉末を含むものである。
本発明において、前記方法により、窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、その上に高融点金属ペースト層を形成した基板は、1450℃以上1700℃未満の温度で焼成することが好ましい。前記範囲の温度で焼成することにより、アルミナ焼結体層20を緻密化することができる。さらに、アルミナ焼結体層20と高融点金属層30との界面に適度な凹凸をつけることができ、高融点金属層30の接合強度をより高めることができる。また、前記範囲で焼成することにより、窒化アルミニウム焼結体基板10の再緻密化などを防ぐことができるため、反りの小さいメタライズド基板を得ることができる。得られるメタライズド基板の反り、高融点金属層の接合性等を考慮すると、焼成温度は、1500〜1650℃であることがより好ましい。なお、焼成時の雰囲気は、特に制限されるものではなく、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等の不活性雰囲気、又は水素雰囲気、水素・窒素混合雰囲気等の還元雰囲気で焼成してやればよい。また、焼成時間も特に制限されるものではなく、上記温度の保持時間が0.5〜20時間の間で適宜決定してやればよい。
本発明のメタライズド基板において、高融点金属層30を形成するのは、窒化アルミニウム焼結体基板10の一方の面(片面)のみでも、両面でもよい(図1には、一方の面にのみ高融点金属層30を積層した場合の図を示す。)。
本発明の方法によれば、反りが小さく、高融点金属層の密着性がよい。そのため、反りが50μm以下のものとすることができる。さらに、下記の方法で測定した高融点金属層の接合強度が5kgf以上となるメタライズド基板を得ることができる。
(アルミナペーストの作製)
平均粒子径が0.24μmであるアルミナ粉末100質量部に対して、バインダーとしてエチルセルロース6質量部と、溶媒としてターピネオール45質量部と、分散剤2.5質量部とを乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、アルミナペーストを作製した。
平均粒子径が2.2μmであるタングステン粉末100質量部に対して、平均粒子径が0.24μmであるアルミナ粉末7質量部と、バインダーとしてエチルセルロース1.8質量部と、溶媒としてターピネオール11質量部と、分散剤0.9質量部とを乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ60mm×50mm、厚さ0.64mmの窒化アルミニウム焼結体基板上((株)トクヤマ製、商品名SH−30)に印刷し、100℃で10分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが3μmとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にてアルミナペースト層上へ2mm角のパターンを印刷し、100℃で10分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが10μmとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、1550℃にて4時間焼成し、メタライズド基板を得た。
反りの評価
得られたメタライズド基板について、以下の方法を用いて基板の反り量を評価した。表面粗さ計を用いて、メタライズド基板上の向かいあう2つの頂点を結ぶ対角線上に測定子をトレースさせて高さ測定をおこない、高さの最大値と最小値の差から基板の高低差(G)を測定した。予め、メタライズ前の基板についても同様の測定をおこなうことにより初期高低差(G0)を測定しておき、メタライズド基板の反り量(G−G0)を算出した。結果を表3に示す。
得られたメタライズド基板にニッケル無電解メッキを約1μm施した後、高融点金属層の接合試験を行った。2mm角のメタライズパターン上にヘッド部が直径1.15mmのネイルヘッドピンを基板と垂直となるようにハンダ付けし、ピンを10mm/minの速度で垂直に引張り基板と破断した際の荷重を測定した。結果を表3に示す。
実施例1において、焼成後の膜厚が表3に示した値となるようにアルミナペースト層を印刷した以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表3に示す。
実施例1において、高融点金属ペーストの原料組成を表1に示した組成とした以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表3に示す。
実施例1において、表1に示した平均粒子径のアルミナ粉末を用い、表1に示した組成にてアルミナペースト及び高融点金属ペーストとした以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表3に示す。
実施例1において、表1に示した種類(タングステン又はモリブデン)及び平均粒子径の高融点金属粉末を用い、表1に示したペースト組成に高融点金属ペーストを調製した以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果を表3に示す。
実施例1において、表3に示した温度及び時間で焼成をおこなった以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表3に示す。
実施例1において、メタライズド基板の製造を以下の方法にておこなった以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。評価結果をまとめて表3に示す。
作製した前記アルミナペーストをスクリーン印刷法にて基板サイズ60mm×50mm、厚さ0.64mmの窒化アルミニウム基板焼結体上((株)トクヤマ製、商品名SH−30)に印刷し、100℃で10分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが3μmとなるようアルミナペースト層の印刷膜厚を調整した。次いで、基板の反対の面にも同様にして印刷・乾燥をおこない、焼成後の層の厚みが3μmとなるようアルミナペースト層を形成した。次いで、作製した前記高融点金属ペーストをスクリーン印刷法にて基板の一方の面のアルミナペースト層上へ2mm角のパターンを印刷し、100℃で10分間乾燥させた。このとき、焼成後の層の厚みが10μmとなるよう高融点金属ペースト層の印刷膜厚を調製した。次いで、窒素雰囲気中、1550℃にて4時間焼成し、メタライズド基板を得た。
実施例1において、窒化アルミニウム基板上にアルミナペースト層を形成せずに、直接導電性ペースト層を形成した以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、密着性試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表3示す。
実施例1において、アルミナ粉末を含有しない表2に示した組成の高融点金属ペーストを使用した以外は、実施例1と同様にしてメタライズド基板を作製し、評価をおこなった。但し、接合試験において、ネイルヘッドピンをハンダ付けする際、高融点金属層が容易に剥離したため、接合試験をおこなうことができなかった。結果を表3に示す。
(窒化アルミニウムペーストの作製)
平均粒子径が1.4μmの窒化アルミニウム粉末100質量部に対して、平均粒子径0.5μmの酸化イットリウム5質量部と、バインダーとしてエチルセルロース8.0質量部と、溶媒としてターピネオール54質量部と、分散剤1.5質量部とを乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、窒化アルミニウムペーストを作製した。尚、作製した窒化アルミニウムペーストの25℃における粘度は45Pa・sであった。
平均粒子径が2.2μmであるタングステン粉末100質量部に対して、平均粒子径が1.4μmである窒化アルミニウム粉末5.3質量部と、バインダーとしてエチルセルロース1.8質量部と、溶媒としてターピネオール10質量部と、分散剤0.8質量部とを乳鉢を用いて混合した後、3本ロールミルを用いて分散処理することにより、高融点金属ペーストを作製した。尚、作製した高融点金属ペーストの25℃における粘度は120Pa・sであった。
実施例1において、アルミナペーストの代わりに前記窒化アルミニウムペーストを用いた以外は同様にしてメタライズド基板を製造した。
実施例1と同様の方法にて評価をおこなった。但し、ニッケル無電解メッキを付与する際、高融点金属層が剥離したため接合試験がおこなうことができなかった。結果を表3に示す。
比較例3において、表3に示した温度及び時間で焼成を行った以外は、比較例3と同様にしてメタライズド基板を作製した。得られたメタライズド基板の評価は、実施例1と同様の方法で行った。結果を表3に示す。
20 アルミナ焼結体層
30 高融点金属層
20’ アルミナ焼結体層
Claims (7)
- 窒化アルミニウム焼結体基板上に、高融点金属層を有するメタライズド基板において、窒化アルミニウム焼結体基板と高融点金属層との間に、アルミナ焼結体層が存在し、かつ、該高融点金属層がアルミナを含むことを特徴とするメタライズド基板。
- 前記高融点金属層が、高融点金属100質量部に対して、アルミナを5〜50質量部を含むことを特徴とする請求項1に記載のメタライズド基板。
- 前記アルミナ焼結体層の厚みが0.5〜10μmであることを特徴とする請求項1または2に記載のメタライズド基板。
- 窒化アルミニウム焼結体基板上に、アルミナペースト層を形成し、該アルミナペースト層上に、アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成した後、焼成することを特徴とするメタライズド基板の製造方法。
- 平均粒子径が0.1〜1.0μmのアルミナ粉末を含むアルミナペーストにより、前記アルミナペースト層を形成することを特徴とする請求項4に記載のメタライズド基板の製造方法。
- 平均粒子径が0.5〜10.0μmの高融点金属粉末100質量部に対して、平均粒子径が0.1〜1.0μmのアルミナ粉末を5〜50質量部含む高融点金属ペーストにより、前記アルミナを含む高融点金属ペースト層を形成することを特徴とする請求項4または5に記載のメタライズド基板の製造方法。
- 焼成温度が1450℃以上1700℃未満であることを特徴とする請求項4〜6の何れかに記載のメタライズド基板の製造方法。
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