JPH01128305A

JPH01128305A - 回路基板とその製法

Info

Publication number: JPH01128305A
Application number: JP28305787A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原; Shigeru Takahashi; 茂高橋; Komei Yatsuno; 八野　耕明; Tsuneo Endo; 恒雄遠藤; Kenji Akeyama; 明山　健二
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1989-05-22
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPH0619926B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、導体ペースト組成物、特に非酸化物系セラミ
ックスの金属化又は配線に好適な導体ペースト組成物、
それを利用した回路基板、及びその製法に関する。

〔従来の技術〕

非酸化物系セラミックス、特に窒化アルミニウムや炭化
シリコンは、近年の焼結技術やｎＩ製技術の同上に伴っ
て、電子部品用基板材料として注目に値する好ましい物
性が付与されるに至っている。

例えば、＋１１　Ｙ、クロカワ（Ｙ、　Ｋｕｒｏｋａｗ
ａ　）　　らによるＩＥ！？ランサクションス　オン　
Ｃ，Ｈ，Ｍ、’ｒ・（ＩｇＥＢ　　’Ｉ’ｒａｎｓ、　
ｏｎ　Ｃ，Ｈ，Ｍ、Ｔ、）　ＣＨＭＴ　−８、Ｎｏ２、
第２４７〜２５２頁（１９５Ｂ）における「高熱伝専注
をもつＡｔＮ基板Ｊ　（’ＡｔＮ５ｕｂｓｔｒａｔｅｓ
　ｗｉｔｈＨｌｇｈ　Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎａｕｃｔ
ｔｖｔｔｙ　）　　と題する論文では、高密度、高純度
に精製された窒化アルミニウム粉を加圧焼結して、熱伝
導率１６０　Ｗ／ｍ−ｋ（室＠）、電気抵抗率５　Ｘ　
ｌ　０１３０−（室＠）、銹寛軍ａ　？　（Ｉ　ＭＨｚ
　）、屈曲強度５０ｋｌ／ｗｍ”、熱膨張係数４．３Ｘ
１０″″・７℃（室＠〜４ＧＤＣ）なる性質が付与され
た窒化アルミニウム焼結体が開示され、そして（２）特
公昭５Ｂ−１５９５５号公報では、ベリリヤ會添加した
炭化シリコンの加圧焼結体に、熱伝導率α２５Ｃａ１／
ｃｒｎ−５ｅＣ・℃以上、抵抗率１０１Ω”ｆｆｉ以上
（室温）、熱＃張係数４　Ｘ　１０−＠／　Ｃ以下なる
性質を付与してなる電気的装置用基板を開示している。

上記先行技術例１ｉ１、＋２１に開示された窒化アルミ
ニウムや炭化シリコンの焼結体の出現は、電子装置の性
能向上に寄与する所が大きいものと期待される。この期
待を実現させるには、シリコン等ノ半導体基体めるいは
金属やセラミックス材からなる他部材と金一体重に接合
するための金属化領域、あるいは機能素子間や外部回路
との電気重連＃！ヲ担う導体配線を、上記焼結体上に形
成する必要がある。

非酸化物系セラミックスに対する従来の金属化技術の代
表例として、（３）特開昭６０−１７８６８７号公報に
、銀、銀−白金、銀−パラジウム等を主体にした銀糸導
体金属に酸化鋼上α１１Ｌｉ１％（ＣＵ、Ｏ換ｊＥ）以
上添加したケミカルボンド型ペーストｔｌ−窒化アルミ
ニウム焼結体上に印−刷、焼成する方法が開示され、そ
して（４）Ｎ、クラモト（Ｎ。

Ｋｕｒａｍｏｔｏ　）　　らによるプロシーデインダス
　オプ３６回　エレクトロニック　コンポーネント　コ
ンファレンス（Ｐｒｏｄｅｅｄｉｎｇａ　ｏｆ　５６　
ｔｈ　ｇｌｅｃｔｒｏ−ｎｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　）　　、シアトル、１９８６年
５月５〜７日における「半透８ＡＡαセラミツク基板Ｊ
　（Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔん！Ｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　
８ｕｂ−ａｔｒａｔｅ　）　　と題する論文では、銀、
パラジウムに酸化ビスマス、ガラスフリット（Ｐｔ）（
１−８ｉ０２−ＣａＯ−Ａｔ２０３−Ｂ２０３−ＺｎＯ
）　ｆ含むフリット型ペースト全印刷、焼成して窒化ア
ルミニウム焼結体金金属化する方法がそれぞれ開示され
ている。また、炭化シリコン焼結体に対しても同様な金
属化技術が検討されている。

なお、（５）特開昭６０−５２５４５号公報には、窒化
アルミニウム部材と銅部材とを活性今風としてのＴｉ、
　Ｚｒと鋼の合金層を介して接合してなるパワー半導体
モジュール基板が開示され、そして（６）日中金属工業
（株）製セラミックス用活性金属ろう（５Ｐ６ｊＮ　）
のごとく、銀−銅系金属にチタニウムを添加したろう材
ペーストが市販されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記先行技術例（３）において、金属化導体と窒化アル
ミニウム焼結体との間にはＣｕＡＬＯｚ又はＣｕＡｊｚ
０４等の複合酸化物質が形成され、これが導体の接合強
度の維持に寄与すると言われる。しかしながら、本発明
者らの実験結果によると、この技術を適用して実現でき
る接合強度は高々２　ｋｇ／■２と、発熱量の大なるパ
ワー素子を高密度に搭載し得る高熱伝導基板のメリット
２出すには十分でない。これは複合酸化物質固でないことと、複合酸化物層自体多孔質的でもろい性
質上Ｍしていることによる。このことは当然ながら温度
サイクルなどの熱的ストレスに対する耐力を持ち得ない
主要な原因にもなっている。

更に、金属化導体の金属ンルダ、特に鉛−６０重量％ス
ズはんだによる侵食も著しく、本発明者らの実験による
と、厚さ１２μｍの銀−パラジウム導体層（パラジウム
２０重量％）の場合２５０Ｃの上記はんだ浴中の浸漬２
〜３秒で導体層は完全に消失し、焼結体上には複合酸化
物層が残留するのみでめった。これは、導体層に金属ン
ルダの侵食作用を抑制する担体が存在しないためである
。

−万、先行技術例（４）によると、金属化導体と窒化ア
ルミニウム焼結体との間には酸化ビスマスや亜鉛、銀、
鉛の酸化物を主体としたガラス質物質が層状になって残
留する。これらの物質に、セラミックス材がアルミナの
場合は粒界に沿って焼結体内部に侵入してアンカ効果に
よる接着力維持に寄与するが、窒化アルミニウムの場合
は同様の侵入作用は生じない。残留したガラス質層は多
孔質的でｌ）かつもろい酸化亜鉛や酸化ビスマスの偏在
層全形成しているため、接合強度は島々２に９／１Ｉ１
１２しか得られず、しかも熱的ストレスに対する耐カ低
下をもたらしている。

上述した在米技術の問題は、炭化シリコン、窒化はう素
、窒化シリコン、窒化チタン等の他の非酸化物系セラミ
ックスを母材にした回路基板の場合にも共通している。

上述した状況から、大電流を扱う電力素子とそれを制御
する信号回路とを組合せた混成集積回路装置のように高
度の性能や信頼性の要求される回路装置は、在来の金属
化技術に基づく回路基板では実現することは極めて困難
でめった。

なお、上記（５）及び（６）に基づく先行技術では、接
合時の熱処理は真空中、不活性ガス中、還元性雰囲気中
のごとく、特別に―節ちれた雰囲気下で実施する必要が
るる。また、このような手法で形成された導体は、後続
の抵抗体形成、誘電体形成等の戚化注雰囲気下での焼成
が必須なプロセスとの整合が図りにくい。

したがって、本発明は上述した在米技術の欠点を袖ない
、非酸化物系セラミックスに対して強固な接合強度、優
れた熱伝導機能、そして優れた信頼性を付与した金属化
層を設けることの可能な導体ペースト組成物を提供する
ことを目的とする。

他方において本発明は、上述した在米技術の欠点を補な
い、強固な接合強度と金属ンルダに対する耐侵食性を有
し、優れた放熱機能と電気伝導機能の付与された２４電
領域を有し、熱的ストレスの印加によっても安定した性
能を維持でさ、併せて簡便な手法で製作が可能な回路基
板及びその製法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は導体ペース
ト組成物に関する発明でろって、銀と金、白金及びパラ
ジウムよＶなる群から選択した少なくとも１櫨の金属と
からなる第１金属の粉末と、チタニウム、ジルコニウム
、クロム、タンタル及びハフニウムよりなる群から選択
した少なくとも１種の金属、その水素化物、又は該金属
と上記第１金属との合金からなる第２金属の粉末と、有
機ビヒクルとを含有していることを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は回路基板に関する発明でろ
って、非酸化物系セラミックス上に金属化層を設けた回
路基板において、該金属化層が、銀と金、白金及びパラ
ジウムよりなる群から選択した少なくとも１種の金属と
からなる第１金属と、チタニウム、ジルコニウム、クロ
ム、タンタル及ヒハフニウムよりなる群から選択した少
なくとも１種の金属からなる第２金属とを含有している
ことを特徴とする。

更に、本発明の第３の発明は回路基板の製法に関する発
明であって、上記第１の発明の導体ペースト組成物を、
非酸化物系セラミックス上に塗布し、酸素が存在する雰
囲気中で該第１金属を構成する少なくとも１種の金属の
融点以上の温度で焼成することを特徴とする。

本発明において、第１金属は金属化層又は導体層に電気
伝導性上付与すると共に金属ソルダに対するぬれ注を持
たせるためのものでるる。第２金属は、金属化層又は導
体層との接合界面に在って両者の接合力を強化する役割
と、金属化層又は導体層中に分散されていて金属ソルダ
による侵食を妨げる役割を有している。すなわち、第２
金属は、焼成過程において、セラミックス基板の表面と
化学的に反応して金属間化合物を生成すること及び基板
中に拡散することにより接合力の強化に寄与する。また
、第２金属は酸化物の形で金属化層又は導体層中に分散
され、金属ソルダとの接触面積（反応面積）ｔ−実効的
に小さくさせることにより、金属ソルダによる侵食を防
ぐ。

本発明において、ペース）？塗布した後、第１金属を構
成する少なくとも１の金属の融点以上の＠匿に加熱する
のは、上記第２金属のセラミックス基板表面への移動、
基板表面との化学反応及び拡散を促進させる働きを有し
ている。また、酸素存在下の雰囲気で加熱するのは、ペ
ースト中に含まれている有機ビヒクルを燃焼させる役割
の他に、金属化層又は導体層に分散されるべき第２金属
の酸化全促進させ、金属ソルダとの親和性又は反応性を
低める作用金持たせるためである。

本発明の導体ペースト組成物において、第２金属の重量
が、第１金属と第２金属との総Ｘ量に基づいてα００１
〜α１でろるのが好適である。

また、本発明の導体ペースト組成物においては、第１金
属が、銀及びパラジウムからなり、第２金属が、チタニ
ウム、クロム及びジルコニウムよりなる群から選択した
少なくとも１種の金属、その水素化物、又は該金属と銀
又はパラジウムとの合金でろるのが好適である。

更に、本発明の導体ペースト組成物は、ガラス員物質粉
末も含有しているのが好ましい。

本発明の回路基板においては、該金属化層に該第２金属
が、第１金属と第２金属との総重量に基づいて（ＬＯＯ
Ｉ〜［Ｌｌの重量割合で含有されているのが好適である
。

また本発明の回路基板においては、該第２金属は、該金
属化層に分散されていると共に、該セラミックスと金属
化層との界面にも存在していてもよい。

更に、該金属化層に分散された第２金属は、酸化物とし
て存在していてもよい。

本発明の回路基板においては、該セラミックスがＪ窒化
アルミニウムを主体とする焼結体であり、該第１金属が
銀及びパラジウムであり、該第２金属が、チタニウム、
クロム及びジルコニウムよりなる群から選択した少なく
とも１種の金属であるのが好適である。

そして、本発明の回路基板の製法においては、該セラミ
ックスが、窒化アルミニウムを主体とする焼結体であり
、該第１金属が銀及びパラジウムであり、該第２金属が
、チタニウム、クロム及びジルコニウムよりなる群から
選択した少なくとも１ａの金属、その水素化物、又は該
金属と銀又はパラジウムとの合金であり、該焼成温度が
、９６α５Ｃ〜１２５０℃であることが好適である。

本発明において、第１金ｌｌ４Ｓは酸化性雰囲気でろっ
ても酸化物を生成しない、換言するなら高温の酸化性雰
囲気において熱分解しやすい酸化物しか形成しない物質
であることが必須でめる。この観点から、銀、金、白金
、パラジウムが選択されるが、銅のように熱分解しにく
い酸化物を形成する金属は、上記第１金属の範囲には含
まれない。

後記実施例において示した基板材は窒化アルミニウム及
び炭化シリコンに限られているが、これ以外の非酸化物
系セラミックス、例えば窒化はう素、窒化シリコンある
いは窒化アルミニウム、炭化シリコンを含むこれら非酸
化物系化合物の混合セラミックス、そしてこれらがラミ
ネートされた複合セラミックスでろっても、本発明の効
果が得られる。更に、上記非酸化物系セラミックスと酸
化アルミニウムやベリリヤに代表される酸化物系セラミ
ックスとの混合又は複合セラミックスでおっても同様の
効果が得られる。

更に、窒化アルミニウムにあっては、高純度にｆｌｉｆ
裂された加圧焼結体に限定されるものではなく、ｆｌｊ
えばＹ２Ｏ５、ＣａＯやアルカリ土類属戚化物、希土類
収化物のごとき物質で代表されるような熱伝導性をろま
り損わない他の添加物と共に焼結されたものや、自然混
入不純物を含有するものであっても良く、また常圧で焼
結されたものでろっても良い０史に、本発明導体ペースト組成物を適用するに当って、
非酸化物系セラミックス表面が導体焼成過程又はそれ以
前に酸化されていることに同等障害を有するものではな
い。この表面酸化物は界面に偏在する第２金属と共に混
在して接合界面を強固に保つのに役立つからである。

また、本発明において、非酸化物系セラミックス上に単
一の半導体基体のみが搭載され上記セラミックス上には
単一の導電領域のみが形成されている場合、例えばパワ
ートランジスタ基体を搭載するような物でめって、コレ
クタ用の導電領域のみが形成されるような場合であって
も、本発明の回路基板の範囲に含まれる。

本発明において使用できるＭ＠ビヒクルとしては、脂肪
族アルコール、そのようなアルコールのエステル例えば
アセテート及びグロピオネート、テルペン例えば松根油
α−及びβ−テルピネオール等、溶媒例えば松根油及び
エチレングリコールモノアセテートのポリメタクリレー
トの溶液又はエチルセルロースの溶液である。このビヒ
クルは、速やかな乾燥を促進するため揮発性液体を含有
してもよい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されない０実施例１重量比で、銀粉末５６％、パラジウム粉末１５チからな
る第１金属、チタニウム粉末２．５％からなる第２塾金
属〔（第２金属／第１金属十第２金ｙ４　）　ｘ　１０
０　＝五４重ｉ１％〕、そして残部がエチルセルローズ
樹脂とα−テルピネオールとからなる有機ビヒクルとで
構成された混合物を三本ロールにて十分混練し、導体ペ
ースト組成物を得た。

上記組成物の効果を確認するため、セラミックス基板上
に導体層を設けた回路基板を作成し、種々評価した。

回路基板は、上記導体ペースト組成物を、高純度合成窒
化アルミニウム粉（粒径１　μｍ以下）や添加剤として
の次数カルシウム等を窒素雰囲気で加圧焼結（２ｘｌＯ
’Ｐａ、２０００℃）して得られた焼結体、そして炭化
シリコン粉末からなる圧粉成形体を添加物としてのベリ
１７ヤ粉禾（１，５重ｔ％）と共に真空中で加圧焼結（
２ｘｌＯ’Ｐａ、２０００℃）して得られた焼結体状の
炭化シリコンである非酸化物系セラミックス基板上にス
クリーン印刷法にて塗布し、これらを１２０℃、６０分
の空気中乾燥処理を施した後、強制空気を流したトンネ
ル炉中で１１００℃、１０分の焼成処理を施して導体層
を設けることにより得た。

第１−１図は以上の工程を経て得たセラミックス基板１
上に導体１＠ｉ　２を設けた回路基板１０の模式断面図
％＠Ｉ−２図は窒化アルミニウム基板１上の導体層２形
成部の法線方向のＸ線マイクロアナライザによるライン
分析結果、そして第１−３図は炭化シリコン基板１上の
導体１曽”２形成部の分析結果を表面側からの距離（横
軸）とＸ線強度（縦軸）との関係で示すグラフである。

チタニウムは基板１と導体層２の接合界面に高濃度に分
布していて、基板１の内部にも拡散している。また、チ
タニウムは導体Ｊ−２中にも局所的に分布しているが、
チタニウムの高濃度領域に対応する部分は銀やパラジウ
ムの濃度が低い。Ｘ線回折の結果ではチタニウム酸化物
以外に、窒化アルミニウム基板を適用した場合チタニウ
ムとアルミニウムの金属間化合物（ＴｉＡｔ）が、そし
て炭化シリコン基板を適用した場合チタニウムとシリコ
ンの金属間化合物（Ｔｉ５Ｓｉ３、ＴｉＳｉ、Ｔｉ８１
２　）が検出されている。

上述のチタン酸化物は金属ソルダによる侵食防止（後述
）に、そして金属間化合物や拡散領域は接合強度の維持
（後述）に寄与する。

第２図は導体７６２上に直径２．５鱈の銀めっき鋼ビン
をＰｔ）−６０重ｔチａｎはんだで接合し、−５５〜１
５０℃の温度サイクルを与えながら、接合面に対して垂
直な方向の強度を追跡した結果を、温度サイクル数（回
、横軸）と接合強度（ユ／−１縦＠）との関係で示すグ
ラフである。基板ｔが窒化アルミニウム（白丸印）、炭
化シリコン（黒丸印）のいずれでろっても、初期強度Ｆ
１４　ｋｇ／■８であって、温度サイクルの進行と共に
若干の強度劣化は見られるものの１０００回経過後でも
初期とほぼ同等の水準が維持嘔れている。上述の初期強
度の値は、先行技術例（３）に基づくケミカルボンド型
ペーストそして同（４）に基づくフリット型ペーストを
適用した場合の２　ｋｇ７ｗｍ”に比べて２倍である。

また、これらの先行技術例に基づく場合は約５００回の
温度サイクルで導体層２ははく離してしまうのに比べ、
実施例の場合は熱ストレスに対する長期的な信頼性が十
分確保されていることを示唆している。

導体層２は厚さ１１μｍになるように形成されているが
、そのシート抵抗は２８ｍΩ／口でアク、混ｇ集積回路
用配線として十分実用できる導電性を有しているが、温
度サイクル１０００回そして１５０℃、空気中の高温放
置試験（ｔｏｏｏ時間）を施してもシート抵抗の増大は
全く認められない。

また、導体層２上に６■×６箇のシリコンパワートラン
ジスタチップをＰｂ　−５電波％Ｓｎはんだにより搭載
したときのチップと基板１間の熱抵抗はそれぞれ（Ｌ８
℃／Ｗ（窒化アルミニウム基板）、α７ｔｌ：／Ｗ　（
炭化シリコン基板）であり、十分な放熱性が確保されて
いる０この熱抵抗値は、温度サイクル１０００回経過後
でも初期値と同等の値が維持された。

次に、回路基板１０をＰＩ）　−６０重ｔ％Ｓｎはんだ
浴（２５０℃）中に浸漬しはんだのぬれ９．（ぬれ面積
／金属化面積賃比）を測定した。この結果を先行技術例
（３）、（４）に基づく他の比較例と共に第１衣に示す
。

実施例の初期ぬれ法（浸漬５秒）は、比較例のケミカル
ボンド型にわずかに劣るもののフリット型と同等のぬれ
注を示し、実用上支障ない。また、長時間浸漬した場合
でも良好なぬれ注が維持されている。これに対し比較例
ではケミカルボンド型の場合は初期ぬれ注の点で勝るも
のの長時間の浸漬ではぬれ注が消失嘔れやすい。・これ
は、はんだの侵食に抗すべき担体を有していないためで
ろる。

また、比較例のフリット型の場合は長時間浸漬に対する
ぬれ注はケミカルボンド型に比べ改善されてはいるが、
実施例の結果より劣っている。以上のように、実施レリ
の回路基板は金属ソルダに対するぬれ注や耐侵食性の点
で優れている。また、本実施例導体ペースト組成物を適
用した場合プロセス上特筆すべき点は、安全上かつコス
ト上有利で、簡便かつ既存の技術である、酸化ａ雰囲気
焼成によっても所期の性能を回路基板１０に付与できる
点でろる０このことは、後続の混成回路形成技術、ガえ
は浮腰抵抗体、誘電体、−オーバコートガラス等酸化注
雰囲気焼成の必安な技術との整合が図れる点て有利なこ
とを意味する。

以上に説明したように、第２金属としてのチタニウムは
優れた回路基板を得るのに型費な役割を演じている。チ
タニウムと同様の作用を持つ物質トシて、クロム、ジル
コニウム、タンタル、ハフニウムが挙げられる。次に、
これらの効果について説明する。

実施例２実施例１において、チタニウム粉末の代りに、等量の第
２金属としてのクロム、ジルコニウム、タンタル、ハフ
ニウムを添カロしたペースト〔第２金属／第１金属十第
２金属）ｘ１００＝５４重債チ〕を同様にして得た。

同ペーストを上述と同様に塗布、焼成して回路基板１０
を得た。

第２表に、その結果をまとめて示す。

シート抵抗、接合強度、熱抵抗、ぬれ性（耐侵食性）共
、実施例１とほぼ同等のａｗ？、が得られておす、クロ
ム、ジルコニウム、タンタル、ハフニウムが、チタニウ
ムの代替物質になシ得ることを示している。チタニウム
を含めたこれらの第２金属は単独に添加される場合はも
ちろんであるが、２種以上の単体金属の混合粉や合金粉
の形態、若しくは例えば銀−チタニウム系のように第１
金属との合金や複合体の形態で添加されてもよい。

更に、第２金属はＴｉＨｌ　、　ＺｒＨｌ　　などのよ
うに水導体層２のＸ線マイクロアナライザによるライン
分析結果では、実施９ｊｌ　１のペーストの場合と同様
に、第２金属がセラミックス基板１との境界で高良度に
分布し、基板１中に深く拡散すると共に尋体層２内で局
所的に胃濃匿領域を形成していることが確認された。ま
た、ｘＨ回折の結果から第３艮に示す第２金属とアルミ
ニウムの金属間化合物や、第２金属の酸化物の存在する
ことが確認された。

第　　３　　衣実施例３本実施例では、第２金属の添加量に関して説明する◎本
実施例では、第２金属としてのチタニウム、クロム、ジ
ルコニウム、タンタル、ハフニウムの添加量〔（第２金
属／＠１金属＋＠２金属）ｘｌＯＯ）を棟々調整した導
体ペースト組成物を作成した。

作成するに当り、第１金属及び有機ビヒクルの種類及び
量、そして製作手順は実施例１に準拠した。

更に、同ペーストにより上述と同様の手順を経て回路基
板１０を作成した。

第３図は、第２金ｊＩｆ４添加址（Ｎ重チ、横軸）とシ
ート抵抗（ｍΩ／口、縦軸）との関係を示すグラフであ
る。シート抵抗は、第１金属を主体とする導体層２中に
分散するＷＪ２金属酸化物の分散密度に当然ながら依存
するが、添７Ｊａ量１０瓜置チ以下では添加［０重ｔ％
に近い値が得られる。

第４図は、第２金属添加量（重量襲、横軸）と接合強度
（ｋｌｉｌ／、、”　、縦軸）との関係を示すグラフで
ろる０第２金属添加址Ｑ１重ｔ％以上では無飽加の場合
のＦＪ４倍の強度が得られている。

第５図は、第２金属添加普（電波チ、横軸）とぬれ注（
チ、縦軸）との関係を示すグラフである。

浸漬初期では約１０重址チを越える領域で低下するが、
１０重量％以下では良好なぬれ注を有している。また、
浸漬６０秒後でくα１〜１０重重儂で良好ｌぬれ性が保
たれており、はんだによる侵食も少ないことを示してい
る。Ｏれに対し、無添加及び１０重量％を越える領域で
はぬれ注は劣る。

無添力口の場合ははんだによる侵食で導体層２が消失し
てしまうこと、そして１ｏｚｇ％を越える場合ははんだ
のぬれ広がりが緩慢なことが原因している。なお、熱抵
抗は０．７５〜α９０　ＣＯＷと、添加量によってはさ
ほど大きくは変動しない。

以上の結果から、総合的に見て選択される好ましい添加
量は、〔（第２金属／第１金勇十第２金属）ｘ１００］
なる式に換算してＩＩＬ１〜１０重ｔ％でろる。なお、
実施例３では基板１を宣化アルミニウムに限定して説明
したが、炭化シリコン基板でｂっでも同様の結果が得ら
れる。なお、上記第３図〜第５図における第２金属の記
号は、白丸印がＴ１、三角印がＣｒ、四角印がＺｒ、ｘ
印がＴａ、黒丸印がＨｆの場合を示す。

実施例４本実施例では、第１金属及び第２金属と共に、他の物質
を添加した例を説明する。

本実施例では、Ｍ量比で銀粉末５６％、パラジウム粉末
１５％からなる第１金属、チタニウム粉末１．５％から
なる第２金属、成分比（ｌ量％）がアルミニウム４．５
％、鉄［ＬＩ＋％、シリコン４．７８チ、鉛５４．４％
、クロム１１％、はう素２．０２％。

チタニウム００１％、残部が酸素で構成されるガラス質
添加物粉末２．５％、そして残部がエチルセルロースｅ
Ｒ脂とα−テレピネオールとからなる有機ビヒクル鳳か
らなる導体ペースト組成物を実施９１Ｊ　＋と同様にし
て作成した０また。同ペーストを雪化アルミニウム基板
１上に塗布後、１２０℃、空気中、６０分の乾燥処理を
施し、強制空気中でｚｏｏｃ、ｔｏ分の焼成処理を施し
て回路基板１０を作成した。

第４表は、得られた回路基板１０の性能をまとめて示し
たものである。

シート抵抗、接合強度、熱抵抗、及びぬれ注（耐侵食性
）共に、ガラス質を添加しない場合に比べそん色ない値
が得られている。特にガラス質を添加した場合は、接合
強度が一層烏められている点が％筆される。

これより、本発明は第１金属と第２金属の両者を含むこ
とを基本とするが、これらに加えて酸化物のごとき他の
物質が適量添加される場合であっても、本発明の目的は
十分達せられることがわかる。なお、添加嘔れるガラス
質は、熱伝導性を損わないようにする観点から、なるべ
く少量であることが望ましいが、より好ましいのは５重
！−チ以下である。

ガラス質の代替物質としては、少量の敗北ビスマスなど
が挙げられる。

なお、このようなガラス質を添加したペーストを炭化シ
リコン基板１に適用した場合でも、同様の性能の回路基
板１０が得られる。

実施例５本実施例では、実施例１におけるペーストの第１金属を
、銀−金（７１１Ｅｋ％）、又は銀−白金（７１重ｔ％
）に替えた導体ペースト組成物を作成した。この際、チ
タニウム及び有機ビヒクルは実施例１と等量でろジ、製
作手順も同様でるる。

また、同ペーストを窒化アルミニウム基板１上に塗布後
、１２０℃、６０分、空気中の乾燥処理を経て、強制空
気中で１１００℃、１０分の焼成処理を施して回路基板
１０を作成した。

第５表は、得られた回路基板ＩＯの性能をまとめて示し
たものでるる。

シート抵抗、接合強度、熱抵抗、及びぬれ性（耐侵食性
〕共に実用上支障のない性能が得られている。炭化シリ
コン基板を用いた場合でも、これと同等の性能が得られ
ている。

なお、第１金属が銀−パラジウム系以外の金属であって
も、第２金属の担う役割、挙動は同様である。

次に、本発明環体ペースト組成物の好ましい適用条件に
ついて説明する。

夾施し１］６本適用例では、実施例１と同様のペーストを用いて回路
基板１０を得た。この際、ペースト塗布後の乾燥は１２
０℃、６０分、空気中なる条件、そして焼成は強制空気
中、７００〜１２５０℃、１０分なる条件で実施した。

第６図は、焼成温度（時間１０分）（Ｃ，横軸）と接合
強度（、ｋｇ／−”　、縦軸）との関係を示すグラフで
るる。第６図において、白丸印はＡｔＮ基板の場合、黒
丸印は８１０基板の場合でるる。第６図工りみて、第１
金属を構成する主要な金属である銀の融点（９６（１５
℃）を境にしてこれ以上の温度では４ゆ／鴎２と高い強
度が得られているのに対して、これ以下の温度ではこれ
より半分以下の強度しか得られていない。これは上述し
たように第２金属の界面への移動による表面反応及び拡
散の促進度に起因しているもので、接合界面に強固な接
合力を付与するためには、第１金端を構成する金属のう
ち最も融点の低い金属を浴融するのが効果的なことを示
唆するものである。

また、第７図は、焼成温度（’Ｃ％横軸）とはんだぬれ
注（％、縦軸）との関係を示すグラフである。第７１図
において、白丸印は脚基板、初期の場合、黒丸印はＳｉ
Ｃ基板、初期の場合、８三角印はＡｔＮ基板、浸漬６０
秒後の場合、黒三角印は８１Ｃ基板、浸漬６０秒後の場
合を示す０初期ぬれ注に注目すると、焼成温度１２００
℃までは艮好なぬれ注を示すが、１２５０℃ではぬれ性
は若干低下する。しかし、実用上支障は生じない。これ
に対して浸漬６０秒後では、銀の融点以上の温度で良好
なぬれ注が確保されはんだによる侵食に十分耐えている
が、融点未満の＠度では侵食が進行し、結果的にぬれ性
が害されている。

これは、はんだ侵食の抑制担体となる第２金属の酸化物
を生成するのに、第１金属の少なくとも１を溶融状態に
する仁とが効果的なことを示唆する。

本実施例６では第２金属としてチタニウムを添加した場
合について焼Ｉ！を温度の影響を説明したが、ｉ２合金
２＞Ｅクロム、ジルコニウム、タンタル、ハフニウムで
あっても、そして第２金属がチタニウムを含めてこれら
の混合物又は合金であっても第１金属が銀とパラジウム
で構成されている限り同様の結果が得られる。

焼成＠度による接合強度やぬれ性への影響は第１金属を
構成する金属の種類により異なる。例えば、第１金属が
銀−白金２元系である場合は少なくとも９６（Ｌ５℃よ
り高い温度で、そして金属白金属パラジウム３元系であ
る場合は少なくとも１０６３℃以上の＠腿で焼成するこ
とが望ましい。

実施例７本実施例では、焼成雰囲気について説明する。

本適用別では、焼成雰囲気を除くすべての材料及び手順
を実施例１と同様にして、回路基板１０を作成した。

第６表は、窒化アルミニウム基板１を用いた場合の焼成
時の雰囲気とぬれ注との関係を示す。

第　　６　　表ＨｈＮ鵞、Ａｒの各雰囲気、すなわち還元性又は不活性
雰囲気の下では良好な初期ぬれ性を示す反面、浸漬６０
秒後ではぬれ性は激しく低下する。

これは導体層２に金属ソルダの侵食を抑制する第１金属
の酸化物が形成δれないためでめるＯこれに対しＮ８＋
０１フオーミングガス、Ａｒ＋Ｏ冨、０雪、Ｎ、＋Ｈ，
Ｏの各酸化性雰囲気中の焼成では、初期ぬれ注は極くわ
ずかに劣るものの（実用上は支障ない）、耐侵食性は十
分維持嘔れている。これより、侵食防止の点から焼成雰
囲気は少なくとも＃Ｒ素の存在する雰囲気であることが
望ましい。なお、このような雰囲気の変形例としては、
窒素と水素の混合ガス中に水蒸気を添加したような雰囲
気が挙げられる。なお、基板として炭化シリコンを用い
た場合も、第６表と同等の性能が得られている。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明によれば、強固な接合強
度と金属ソルダに対する耐侵食性を有し、讃れた放熱性
と電気伝導性を付与した導電領域を有し、熱的ストレス
に対しても安定した性能を維持できる非酸化物糸セラミ
ックスからなる回路基板と、簡便かつ既存の要素技術に
基づき、安全性が高く後続の混成回路形成プロセスとの
整合を送るのに有利な回路基板の製法を得るのに有利な
導体ペースト組成物を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１−１図は本発明の（ロ）路基板の１例のｗＴ面模式
図％＠１−２図及び第１−５図は本発明の回路基板の成
分分布を示すグラフ、第２図は温度サイクル数と導体層
の接合強度との関係を示すグラフ、第３図、第４図及び
第５図は、いずれも導体層を構成する第２金属添加量と
各物性との関係を示すグラフ、第６図及び第７図は、い
ずれも焼ｆｆＸ、ａ度と各物性との関係を示すグラフで
ある。１：セラミックス基板、２：４体層、１０：回路基板特許出願人　株式会社日立製作所

Claims

【特許請求の範囲】

１．銀と金、白金及びパラジウムよりなる群から選択し
た少なくとも１種の金属とからなる第１金属の粉末と、
チタニウム、ジルコニウム、クロム、タンタル及びハフ
ニウムよりなる群から選択した少なくとも１種の金属、
その水素化物、又は該金属と上記第１金属との合金から
なる第２金属の粉末と、有機ビヒクルとを含有している
ことを特徴とする導体ペースト組成物。
２．該第２金属の重量が、第１金属と第２金属との総重
量に基づいて０．００１〜０．１である特許請求の範囲
第１項記載の導体ペースト組成物。
３．該第１金属が、銀及びパラジウムからなり、該第２
金属が、チタニウム、クロム及びジルコニウムよりなる
群から選択した少なくとも１種の金属、その水素化物、
又は該金属と銀又はパラジウムとの合金である特許請求
の範囲第１項記載の導体ペースト組成物。
４．該組成物が、ガラス質物質粉末も含有している特許
請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の導体
ペースト組成物。
５．非酸化物系セラミックス上に金属化層を設けた回路
基板において、該金属化層が、銀と金、白金及びパラジ
ウムよりなる群から選択した少なくとも１種の金属とか
らなる第１金属と、チタニウム、ジルコニウム、クロム
、タンタル及びハフニウムよりなる群から選択した少な
くとも１種の金属からなる第２金属とを含有しているこ
とを特徴とする回路基板。
６．該金属化層に該第２金属が、第１金属と第２金属と
の総重量に基づいて０．００１〜０．１の重量割合で含
有されている特許請求の範囲第５項記載の回路基板。
７．該第２金属は、該金属化層に分散されていると共に
、該セラミックスと金属化層との界面にも存在している
特許請求の範囲第５項又は第６項記載の回路基板。
８．該金属化層に分散された第２金属が、酸化物として
存在している特許請求の範囲第７項記載の回路基板。
９．該セラミックスが、窒化アルミニウムを主体とする
焼結体であり、該第１金属が銀及びパラジウムであり、
該第２金属が、チタニウム、クロム及びジルコニウムよ
りなる群から選択した少なくとも１種の金属である特許
請求の範囲第５項〜第８項のいずれか１項に記載の回路
基板。
１０．銀と金、白金及びパラジウムよりなる群から選択
した少なくとも１種の金属とからなる第１金属の粉末と
、チタニウム、ジルコニウム、クロム、タンタル及びハ
フニウムよりなる群から選択した少なくとも１種の金属
、その水素化物、又は該金属と上記第１金属との合金か
らなる第２金属の粉末と、有機ビヒクルとを含有してい
るペーストを、非酸化物系セラミックス上に塗布し、酸
素が存在する雰囲気中で該第１金属を構成する少なくと
も１種の金属の融点以上の温度で焼成することを特徴と
する回路基板の製法。
１１．該セラミックスが、窒化アルミニウムを主体とす
る焼結体であり、該第１金属が銀及びパラジウムであり
、該第２金属が、チタニウム、クロム及びジルコニウム
よりなる群から選択した少なくとも１種の金属、その水
素化物、又は該金属と銀又はパラジウムとの合金であり
、該焼成温度が、９６０．５℃〜１２５０℃である特許
請求の範囲第１０項記載の回路基板の製法。