JP2742627B2 - メタライズ金属層を有するセラミック体 - Google Patents

メタライズ金属層を有するセラミック体

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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はメタライズ金属層を有するセラミック体の改
良に関するものである。
(従来の技術) 従来、セラミック、特にアルミナ(Al2O3)に代表さ
れる酸化物系セラミックスは電気絶縁性、化学的安定性
等の特性に優れていることから半導体素子を収容する半
導体素子収納用パッケージや半導体素子、抵抗、コンデ
ンサ等が搭載接続される回路基板等に多用されており、
該セラミックスを用いた半導体素子収納用パッケージや
回路基板等はセラミック体表面に回路配線導体としての
メタライズ金属層が多数、被着接合されて構成されてい
る。
かかるセラミック体表面のメタライズ金属層はセラミ
ック体がアルミナ質焼結体から成る場合、通常、平均粒
径が3.0μm程度のモリブデン(Mo)から成る粉末に有
機溶剤、溶媒を添加しペースト状と成したものを未焼成
アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法により被着さ
せ、しかる後、前記未焼成アルミナ質成形体を還元雰囲
気中、約1500℃の温度で焼成し、モリブデン(Mo)粉末
の粉末粒子間にアルミナ質焼結体のアルミナ結晶間に介
在するガラス成分の一部を移行させ、アルミナ結晶とモ
リブデン(Mo)粉末とをガラス成分を介し接合させるこ
とによってアルミナ質焼結体の表面に被着接合される。
(発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、この従来のメタライズ金属層を有するセ
ラミック体においてはメタライズ金属層を形成するモリ
ブデン(Mo)粉末として平均粒径が3.0μmのものを使
用しているものの粉末の粒径分布が広い分布となってい
るため粉末の中に粒径が2.0μm以下のものが約40%、1
0.0μm以上のものが約5%も含まれている。そのため
このモリブデン(Mo)粉末を使用してメタライズ金属層
を形成した場合、該メタライズ金属層の幅が狭く、微細
なものとなると以下に述べるような欠点を誘発する。
即ち、 モリブデン(Mo)粉末の中には粒径が2.0μm以下の
細かな粉末が40%程度含まれており、該細かな粉末はそ
の表面エネルギーの高いことに起因して凝集し、内部に
多量の空隙を有した凝集塊を容易に作ってしまう。その
ためこれを未焼成アルミナ質成形体の表面に被着させ、
焼成してメタライズ金属層となした場合、メタライズ金
属層中に前記凝集塊内部の空隙がそのままボイド(穴)
となって残り、メタライズ金属層のシート抵抗を極めて
大きなものとなしてしまう。
モリブデン(Mo)粉末の中に粒径が2.0μm以下の細
かい粉末が40%程度含まれているためモリブデン(Mo)
粉末から成るメタライズ金属層をセラミック体に焼成に
よって被着接合させる際、モリブデン(Mo)がその融点
の低いことに起因してオーバーシンター状態となってし
まい、その結果、メタライズ金属層とセラミック体との
接合強度が大幅に低下してしまう。
モリブデン(Mo)粉末の中に粒径が10.0μm以上の粗
い粉末が5%程度含まれているためこのモリブデン(M
o)粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペースト
を未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法によ
り所定パターンに被着させた場合、被着されたパターン
は10.0μm以上の粗いモリブデン(Mo)粉末のかげの部
分はモリブデン(Mo)粉末の充填密度が悪くなり、その
結果、モリブデン(Mo)粉末間の電気的導通が悪くなっ
てメタライズ金属層のシート抵抗が大きなものとなって
しまう。
等の欠点を有していた。
(発明の目的) 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験を行った結
果、メタライズ金属層を形成するモリブデン(Mo)粉末
の粒径及び粒径分布を所定の値に調整すると粒径の大き
なモリブデン(Mo)粉末間に粒径の小さいモリブデン
(Mo)粉末が緻密に埋まってメタライズ金属層のシート
抵抗が大幅に低下することを知見した。
本発明は上記知見に基づき、メタライズ金属層のシー
ト抵抗を低いものとなしてメタライズ金属層の幅が狭
く、微細なものになったとしてもその電気抵抗を小さな
値に抑えることを可能とし、半導体素子収納用パッケー
ジや配線基板等に好適に使用し得るメタライズ金属層を
有するセラミック体を提供することをその目的とするも
のである。
(課題を解決するための手段) 本発明はセラミック体にモリブデン粉末から成るメタ
ライズ金属層を被着接合させて成るメタライズ金属層を
有するセラミック体において、前記メタライズ金属層を
形成するモリブデン粉末は少なくとも粒径2.0μm以下
のものが5.0乃至20.0%、2.0乃至5.0μmのものが60.0
乃至80.0%、10.0μm以上のものが1.0%以下含んでい
ることを特徴とするものである。
本発明は粒径が異なる複数のモリブデン(Mo)粉末に
よってメタライズ金属層を形成することが重要であり、
主となるモリブデン粉末の粒径は2.0乃至5.0μmであ
る。この主となるモリブデン粉末の粒径は2.0μm未満
であるとモリブデン粉末の表面エネルギーが大きく成
り、凝集塊を作り易くなってメタライズ金属層のシート
抵抗を大きくすると同時にセラミック体に焼結によって
被着接合させる際、オーバーシンター状態となってメタ
ライズ金属層のセラミック体への接合強度を弱いものと
する。また5.0μmを越えるとモリブデン粉末の粒径が
大きくなって隣接する粉末同士の接触領域が狭くなり、
メタライズ金属層のシート抵抗を大きなものとなしてし
まう。従って、主となるモリブデン(Mo)粉末の粒径は
2.0乃至5.0μmの範囲に限定される。
また前記主となる粒径2.0乃至5.0μmのモリブデン
(Mo)粉末はメタライズ金属層中に占める割合が60.0%
未満となると粒径の粗い粉末や細かい粉末が多量に含ま
れてくることとなり、その結果、従来と同様、メタライ
ズ金属層のシート抵抗が大きくなるとともにセラミック
体への接合強度が小さくなる。また80.0%を越えると主
となるモリブデン(Mo)粉末の粉末粒子間を細かな粉末
で完全に埋めることができなくなり、その結果、形成さ
れるメタライズ金属層のシート抵抗が大きなものとな
る。従って、主となる粒径2.0乃至5.0μmのモリブデン
(Mo)粉末は60.0乃至80.0%の範囲に限定される。
また前記主となるモリブデン粉末には粒径が2.0μm
以下のモリブデン粉末が5.0乃至20.0%添加される。
前記粒径が2.0μm以下のモリブデン粉末は、主とな
るモリブデン粉末の粉末粒子間に形成される間隙に入り
込んで埋め、主モリブデン粉末粒子間の電気的導通を大
幅に改善する作用を為し、その添加量が5.0%未満であ
ると前記性質は付与されず、また20.0%を越えると該粉
末が凝集塊を作り、形成されるメタライズ金属層のシー
ト抵抗を大きなものとするとともにモリブデンがオーバ
ーシンター状態となってメタライズ金属層のセラミック
体への接合強度が低下してしまう。そのため粒径が2.0
μm以下のモリブデン粉末の添加は5.0乃至20.0%の範
囲に限定される。
また前記主となるモリブデン(Mo)粉末に粒径が10.0
μm以上の粉末が1.0%を越えて入るとモリブデン(M
o)粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たペースト
を未焼成アルミナ質成形体表面にスクリーン印刷法によ
り所定パターンに被着させる際、被着させたパターンに
おけるモリブデン(Mo)粉末の印刷充填密度が低いもの
となって形成されるメタライズ金属層のシート抵抗が大
きなものとなってしまう。そのため粒径10.0μm以上の
モリブデン(Mo)粉末の添加は1.0%以下に限定され
る。
尚、前記メタライズ金属層を形成するモリブデン(M
o)粉末はその中にアルミナ(Al2O3)、ジルコニア(Zr
O2)を0.5乃至10.0重量%添加しておくと、セラミック
体のアルミナ結晶粒子間に介在するガラス成分がモリブ
デン粉末粒子間に移行するのが促進され、その結果、メ
タライズ金属層をセラミック体に強固に被着接合させる
ことができる。従って、メタライズ金属層を形成するモ
リブデン粉末にはアルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO
2)を0.5乃至10.0重量%添加しておくことが好ましい。
また、前記アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2
はその粒径が1.0μmを越えるとメタライズ金属層表面
にアルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)が露出して
しまい、メタライズ金属層表面にニッケル(Ni)、金
(Au)等をメッキする際、そのメッキ金属層の被着が疎
らかとなり、メタライズ金属層に外部リード端子等を強
固にロウ付けすることができなくなったり、外観不良を
発生したりするためアルミナ(Al2O3)、ジルコニア(Z
rO2)はその粒径を1.0μm以下としておくことが好まし
い。
(実施例) 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
まず出発原料として粒径が異なる複数のモリブデン
(Mo)粉末を第1表に示す粒径分布となるように各々秤
量し、これに有機溶剤、溶媒を添加するとともに混練機
で10時間混練し、メタライズ金属層用ペースト試料を得
る。
尚、試料番号17は本発明品と比較するための比較試料
であり、従来一般に使用されているメタライズ金属層用
ペーストである。
かくして得られたメタライズ金属層用ペースト試料を
使用してアルミナ(Al2O3)の含有量が90.0重量%であ
る未焼成アルミナ質成形体の夫々の外表面に1.5mm角、
厚さ20μmのパターン20個をスクリーン印刷法により印
刷し、次ぎにこれを還元雰囲気(窒素−水素雰囲気)
中、約1550℃の温度で焼成しアルミナ質焼結体の表面に
メタライズ金属層を被着接合させる。
そして次ぎに前記メタライズ金属層に1.0mm角、長さ4
0.0mmの42Alloy(Fe−Ni合金)から成る金属柱の一端を
銀ロウ(Ag:72%、Cu:28%)を介してロウ付けし、しか
る後、金属柱のロウ付け部と反対の端を垂直方向に引っ
張り、メタライズ金属層がアルミナ質焼結体から剥がれ
た際の引っ張り強度を調べ、その平均値をメタライズ金
属層の接合強度として算出した。
なお、前記メタライズ金属層に金属柱をロウ付けする
際には、メタライズ金属層の外表面に厚さ1.5μmのNi
メッキ層を被着させておいた。
また上述と同様の方法によりアルミナ質焼結体表面に
長さ30.0mm、幅3.0mm、厚さ20μmのメタライズ金属層
を20個、被着接合させるとともに各々のシート抵抗を測
定し、その平均値から各メタライズ金属層のシート抵抗
値を算出した。
上記の結果を第1表に示す。
(発明の効果) 上記実験結果からも判るように、従来のメタライズ金
属層はそのシート抵抗が10.6mΩ/SQと大きいものである
のに対し、本発明品のメタライズ金属層はそのシート抵
抗が6.3mΩ/SQ以下と小さい。そのため本発明のメタラ
イズ金属層を有するセラミック体はメタライズ金属層の
幅を狭く、微細なものとしてもその電気抵抗を小さなも
のとなすことができ回路配線導体の細かい高密度の半導
体素子収納用パッケージや配線基板に好適に使用できる
ばかりでなく、回路配線導体の更なる高密度配線化が可
能となる。
また本発明においてはメタライズ金属層のセラミック
体に対する接合強度が7.8Kg/mm2以上の高い値を示し、
メタライズ金属層がセラミック体に極めて強固に被着接
合していることも判る。
よって本発明のメタライズ金属層を有するセラミック
体は半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージ
や回路配線導体を有する回路基板等に極めて好適に使用
される。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック体にモリブデン粉末から成るメ
    タライズ金属層を被着接合させて成るメタライズ金属層
    を有するセラミック体において、前記メタライズ金属層
    を形成するモリブデン粉末は少なくとも粒径2.0μm以
    下のものが5.0乃至20.0%、2.0乃至5.0μmのものが60.
    0乃至80.0%、10.0μm以上のものが1.0%以下含んでい
    ることを特徴とするメタライズ金属層を有するセラミッ
    ク体。
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