JPH01161887A

JPH01161887A - 非酸化物系セラミックス用導体ペースト組成物

Info

Publication number: JPH01161887A
Application number: JP31891087A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原; Shigeru Takahashi; 茂高橋; Kazuji Yamada; 一二山田; Tadahiko Mitsuyoshi; 忠彦三吉; Tsuneo Endo; 恒雄遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-26
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2633879B2

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及び
これを用いた回路基板に関する。

〔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、近年の焼結技術や精製技術の向上に伴って
、電子部品用基板材料として注目されている。

例えば、（１）　Ｙ、ＫｕｒｏｋａｗａらによるＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓｏｎ　Ｃ，Ｈ，Ｍ、Ｔ、、　ＣＨＭＴ　
　８．　Ｎａ２．２４７〜２５２頁（１９８５年）にお
ける“Ａ　Ｑ　Ｎ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｗｉｔｈ　Ｉ
ｌｉｇｈ　Ｔｈｅｒｎａｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
”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１６０Ｗ／ｍ
・Ｋ（室温）、電気抵抗率５Ｘ１０１３Ω・ａｍ（室温
）、誘電率８　、９　（Ｉ　Ｍ　Ｈｚ　）屈曲強度５０
　ｋｇ／　ｒｒｍ”、熱膨張係数４．３　Ｘ　１０−８
／”Ｃ（室温〜４００’Ｃ）なる性質を付与しているこ
とを開示している。また、（２）特公昭５８−１５９５
３号公報では、ベリリヤ添加した炭化シリコンの加圧焼
結体に熱伝導率０．２５ｃａＱ／ａＩｌ−８ｅｃ・℃以
上、抵抗率１０７Ω・１以上（室温）、熱膨張係数４　
Ｘ　１０−８／℃以下なる性質を付与した電気的装置用
基板を開示している。

窒化アルミニウムや炭化シリコンをはじめとする非酸化
物系セラミックス焼結体は、電子装置の性質向上に資す
ることが期待される。この期待実現のためには、シリコ
ン等の半導体基体あるいは金属やセラミックス材からな
る他部材とを一体的に接合するための金属化層あるいは
機能素子間の導体配線としての金属化層を、上記焼結体
上に形成する必要がある。

従来の窒化アルミニウム焼結体に対する金属化技術の代
表例として、（３）特開昭６０−１７８６８７号に、銀
、銀−白金、銀−パラジウム等を主体にした銀糸ペース
トに酸化銅を０．１ｗｔ％（ＣｕｚＯ換算）以上添加し
たケミカルボンド型ペーストを印刷。

焼成して窒化アルミニウム焼結体を金属化する方法、（
４）Ｎ、ＫｕｒａｍｏｔｏらによるＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ　ｏｆ　３６ｔｈＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｍｐ
ｏｎｅｎｔ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　５ｅａｔｔｌｅ　
Ｍａｙ５〜７（１９８６年）における“Ｔｒａｎｓｌｕ
ｃｅｎｔ　Ａ　Ｑ　ＮＣｅｒａｍｉｃ　５ｕｂｓｔｒａ
ｔａ”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（ｐ　ｂ　。

−８ｉＯｚ−ＣａＯ−ＡｆｌｚＯ３−ＢｚＯａ−ＺｎＯ
）を含むフリット型ペーストを印刷、焼成して窒化アル
ミニウム焼結体を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の金属
化技術が検討されている。

なお、（５）特開昭６０−３２３４３号公報には、窒化
アルミニウム部材と銅部材とを活性金属としてのＴｉ、
Ｚｒと銅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（ＳＰ６４１）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（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ＣｕＡＱ０２又はＣｕＡＱ２０番等の複
合酸化物層が形成され、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２ｋｇ　
／　ｍａ　”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を出すには十分でな
い。これは複合酸化物と導体金属層との接合が必ずしも
強固でないことと、複合酸化物層自体多孔質的でもろい
性質を有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。空に、金属化導体の金属
ソルダ、特に鉛−６０重量％スス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２５
０℃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あ
った。これは、導体層に金属ソルダの侵蝕作用を抑制す
る担体が存在しないためである。

一方、（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。これらの物質は、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
孔質的でありかつもろい酸化亜鉛や酸化ビスマスの偏在
層を形成しているため、接合強度は高々２ｋｇ／ｍａ＋
”Ｌ、か得られず、しかも熱的ストレスに対する耐力低
下をもたらしている。

上述した在来技術の問題は、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
であった。

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、特別に調節され雰囲気下で実施する必要が
ある。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、誘電体形成等の酸化性雰囲気下での焼成
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来技術の欠点を補ない
、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、上述した在来技術の欠点を補な
い、強固な接合強度と金属ソ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導電領
域を有し、熱的ストレスの印加によっても安定した性能
を維持でき、併せて簡便な手法で製作が可能な回路基板
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〕本発明は導体ペースト組成物に関する発明であって、銀
、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種の金属からなる導体粉末と、好ましくは密度
（ｇ　／　ｃｙＪ　）が４．０〜６．３の第１ガラス粉
末と、又は更にこれにクロム、チタン、ジルコニウムの
群より選択された少なくとも１種の金属の酸化物粉末と
、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ものであ
って、非酸化物系と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、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種の金属からなる金属層と、該基板と該金属
層とで構成される界面に４．０〜６．３　の密度（ｇ／
ｃＪ）を有する第１ガラス層が介在し、該ガラス層又は
更にこれにクロム、チタン、ジルコニウムから選択され
た少なくとも１種の金属の酸化物粉末が含有されている
ことを特徴とする。

本発明において、ペーストにおける導体粉末又は回路基
板における金属層は金属化層又は導体層に電気伝導性を
付与すると共に金属ソルダに対するぬれ性を持たせるた
めのものである。また、ペーストにおける第１ガラス粉
末又は回路基板におけるガラス層は、金属化層又は導体
層と基板との接合界面にあって、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
、ガラス粉末は、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基板との接合担体を形成する
。この接合担体は当然のことながら金属層又は導体層に
対する接合担体も兼ねる。また、ガラス質物質は金属化
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）を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、金属酸化物は、溶融ガラスに溶込んで
ガラス自体の流動を促すと共に、非酸化物系セラミック
ス表面を化学的に活性化させて。

流動ガラスのぬれ性を高める働きをする。また、金属酸
化物は、非酸化物系セラミックスとの親和力が高く、そ
れ自身セラミックス構成成分と化学的に結合する。更に
、ペースト中に添加された金属酸化物の一部は、ガラス
成分と共に金属層内に分散され、金属ソルダの侵食を抑
制する。一方、金属酸化物はガラスの流動を促進させる
ため、金属層表面へのガラス成分の残留を抑制（沈降を
促す）シ、金属ソルダのぬれ性を高める働きもする。

更に金属酸化物は、導体金属層とセラミックス基板界面
の接合強度を安定的に高めのに顕著な効果を有している
。

本発明において、ガラス質物質の密度を４．０以上６．
３以下（ｇ−ｄ）に選ぶ理由は、溶融ガラス質物質の界
面への流動を促進せしめると同時に導体焼結体中に適度
に分散せしめるのに好適である点による。ガラス質物質
の密度が上記範囲より小さい場合は金属化層又は導体層
表面へのガラス質物質の浮上が促進され、そして密度が
上記範囲を越えると導体中への分散がなされにくくなる
。

前者の場合は金属ソルダのぬれ性にそして後者の場合は
金属ソルダの侵食に対する耐力にそれぞれ影響する。

本発明の導体ペースト組成物において、密度４．０〜６
．３ｇ／ａｌの第１ガラス粉末の重量が導体粉末と第１
ガラス粉末と金属酸化物の総重量に基づいて０．０１〜
０．１であるのが好適であり、金属酸化物粉末の重量が
上記総重量に基づいて０．００１〜０．０５であるのが
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、密度４
．０ｇ／ａ＆より小さい値を有する第２のガラス粉末で
あっても、金属ソルダに対するぬれ性を害さない限りに
おいて密度（ｇ／ｃｉ）が４．０以上６．３以下の第１
ガラス粉末や金属酸化物粉末とともに添加されてもよい
。この場合、第２ガラス粉末は導体粉末と第１及び第２
ガラス粉末と金属酸化物粉末の総重量に基づいて０．０
０１〜０．０３であるのが好適である。

本発明の回路基板においては、該金属化層における該ガ
ラス質物質が該金属層とガラス層の総重量に基づいて０
．００１〜０．１であり、金属酸化物が上記総重量に基
づいて０．００１〜０．０５であるのが好適である。

また、本発明の回路基板においては、該ガラス質物質と
金属酸化物は該金属層に分散されていると共に、該基板
と金属層との界面にも存在していもよい。

更に、該金属層に分散されたガラス質物質には密度（ｇ
／ｃｄ）が４．０以上６．３以下の第１ガラスとともに
、同４．０　より小さい第２ガラスが含まれていてもよ
く、この際第２ガラスは該金属層とガラス層の総重量に
基づいて０．００１〜０．０３であるのが好適である。

本発明における特に好ましい形態のもとでは、導体は銀
及びパラジウムからなり、そしてガラス質物質は５ｉＯ
ｚ−ＢｚＯａ−ＡＱｚＯａ−ＰｂＯ−ＺｎＯ系で上記範
囲の密度と５５０℃以下の軟化点を有している。

本発明におけるクロム、チタン群等を含まない場合にお
けるペーストは酸化ビスマスを含まないのが重要である
。酸化ビスマスは強度を低める。

基板材は窒化アルミニウム及び炭化シリコン等の非酸化
物系セラミックスの他、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あっても、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あっても
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、高純度に精製され
た加圧焼結体に限定されるものではなく、例えば、Ｙｚ
Ｏｓ、ＣａＯやアルカリ土類属酸化物。

希土類酸化物のごとき物質で代表されるような熱伝導性
をあ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あっても良い。

更に、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何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ガラス質物質や金
属酸化物と共に混在して接合界面を強固に保つのに役立
つと共に耐水性の向上にも役立つからである。

また１本発明において、非酸化物系セラミックス上に単
一の半導体基板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１例えばパワ
ートランジスタ基体を搭載するような物であって、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。

本発明回路基板においては本発明導体ペースト組成物を
適用して得た配線基板に抵抗体、容量体を付加した場合
、そして配線が誘電体を介して積層された多層配線であ
る場合も本発明の回路基板に含まれるものである。

本発明において使用できる有機ビヒクルとしては、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
アセテート及びプロピオネート。

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
トのポリメタア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１重量比で、導体金属粉末としての銀粉末５６％（平均粒
径１μｍ）、パラジウム粉末１５％（平均粒径１μｍ）
、第１ガラス粉末５％又は更に酸化クロム粉末、５％（
平均粒径２．５μｍ）、そして残部がエチルセルロース
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。第１ガラス粉末は主要成分組成が
重量比でＳ　ｉ　Ｏｚ　（１４，５％）　　ＢｚＯａ（
４，２％）−ＡＱｚＯａ（１，５％）−ＰｂＯ（７０，
０％）−ＺｎＯ（９，１％）を有し、密度５．２ｇ／ｃ
ｘＩ、熱膨張係数７．３　Ｘ　１０−”／’Ｃ、軟化点
５００℃なる物性値を有した平均粒径２μｍの粉末であ
る。

上記導体ペースト組成物におけるガラス粉末は、導体金
属粉末及びガラス粉末、又は更に酸化クロム粉末の総量
型に基づいて０．０６５　、そして酸化クロム粉末は上
記総重量に基づいて０．０１９含まれている。

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、種種評価した。

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１μｍ以下）や添加剤としての
炭酸カルシウム等を窒素雰囲気で加圧焼結（２ＸＩＯ’
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リ
ヤ粉末（１，５重量％）と共に真空中で加圧焼結（２Ｘ
　１０’Ｐ　ａ　。

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８５０’
Ｃ，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
上に導体層２を設けた回路基板１０の模式断面図、第１
−２．１−４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１−３．１−５図は炭化シリコン
基板１上の導体層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。第１−２図及び第１−３図は酸化クロム粉末を含
まず。ライン分析結果においてガラス質物質の主要成分
であるｐｂに注目すると、ｐｂ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の内部にも食込
んでいる様子が認められるのに対し、導体層２の表面に
向うにつれ濃度を減じている。また、Ｐｂは導体層２中
にも局所的に分布している。更に、酸化クロムの主要成
分であるＣｒに注目すると、ガラスの主要成分と同様の
分布をしている。導体層２表面が低濃度で基板１の内部
に食込む度合いの大きい点は酸化クロムを添加した場合
の特徴的な利点である。接合界面部のＸ線回折結果によ
ると、ＣｒとＡＱあるいはＣｒとＳｉの金属間化合物が
形成されている。

基板１の主要成分であるＡＱやＳｉはガラスが高濃度に
分布している領域にも見られる６上記ガラス質や酸化ク
ロムの高濃度領域は基板１及び導体層２の接合を強固に
保つこと、そして導体層２中に分散しているガラス質物
質及びクロム酸化物は金属ソルダによる侵食を防止する
のにそれぞれ寄与する（後述）。また１表面におけるガ
ラス質及びクロム酸化物の濃度が低い点は、金属ソルダ
に対するぬれ性を高めるのに寄与する。

第２図及び第３図は導体層２上に直径２．５ｍｍの銀め
っき銅ピンをＰｂ−６０重量％Ｓｎはんだで接合し、−
５５〜１５０℃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（ｋｇ／ｍｍ２．縦軸）と
の関係で示すグラフである。第２図は酸化クロム粉末を
含まないものである。このものは基板１が窒化アルミニ
ウム。

炭化シリコンのいずれであっても、初期強度は４ｋｇ／
ｍｎ”であって、又第３図の酸化クロムを含むものは温
度サイクルの進行と共に約１／２の強度劣化は見られる
。両者はともに１０００回経過後でも初期とほぼ同等の
水準が維持されている。上述の初期強度の値は、両者と
も先行技術例（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２ｋｇ／１ｍ２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。

第４図は接合強度（ｋｇ／＋ｓ＋”　）の度数分布であ
る。同図（ａ）は本実施例に関する分布、そして同図（
ｂ）は本実施例構成において酸化クロムを添加しない比
較例について示す。本実施例の場合は約４　ｋｇ　／　
ｎｕｎ　”にピークを有しばらつきの少ない分布をして
いて、同じ＜４ｋｇ／ｎｕ”にピークを有するがこれよ
り低強度の領域にも高びん度の分布を有する比較例より
安定的゛に高い強度が得られている。この点は酸化クロ
ムを添加した場合に特徴的な点である。

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１９．８ｍΩ／口であり、混成集積
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（１０００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　ｍｍ　
Ｘ　６　ｎｍのシリコンパワートランジスタチップをＰ
ｂ−５重量％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０．８℃／Ｗ　　（窒化ア
ルミニウム基板）、０．７℃／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。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１回路基板１０をＰ　ｂ’　−６０重量％Ｓｎはん
だ浴（２５０℃）中に浸漬しはんだのぬれ性（ぬれ面積
／金属化面積）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表に示す
。（）内は酸化クロム粉末を含むものである。他両者と
も同じ値である。

実施例の初期ぬれ性（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
性を示し、実用上支障ない。また、長時間浸漬した場合
でも良好なぬれ性が維持されている。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性の点で勝るも
のの長時間の浸漬ではぬれ性が消失されやすい。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あ
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
ぬれ性はケミカルボンド型に比べ改善されているが、実
施例の結果より劣っている。以上のように、実施例の回
路基板は金属ソルダに対するぬれ性や耐侵食性の点で僅
れている。

以上に説明したように、第１ガラス質物質更にクロム酸
化物は優れた回路基板を得るのに重要な役割を演じてい
る。

実施例２実施例１において用いたガラス粉末の代りに、第２表に
示す組成及び性質を有する各種のガラス粉末を等量（５
重量％）添加したペーストを同様にして得た。なお、同
表には比較例用として用いたガラス粉末についても示す
。

これらのペーストを上述と同様に印刷、焼成（ただし焼
成温度９００℃）して回路基板１０を得た。

第３−１表及び第３−２表に、その結果をまとめて示す
。同表におけるＮαは、第２表におけるＮαと対応し、
Ｎα１〜Ｎα６は本実施例の結果そしてＮα７〜Ｎα１
６は比較例の結果を示す。また、第３−１表は基板１が
窒化アルミニウムの場合そして第３−２表は炭化シリコ
ンの場合である。（）は酸化クロム粉末を含むもので、
他は両者とも同じ値である。

本実施例の回路基板１０（＋ｉ１１〜Ｎα６）はシート
抵抗、接合強度、熱抵抗、ぬれ性（耐侵食性）共、実施
例１とほぼ同等の性能を示しており、Ｎα１〜Ｎα６の
ガラス物質は実施例１の第１ガラス物質の代替物質にな
り得ることを示している。実施例１のガラス物質を含め
たこれらのガラス物質はそれぞれ単独で添加されてても
よいが、これらのガラス物質を適宜組合せて添加されて
もよい。導体層のＸ線マイクロアナライザによるライン
分析結果では、実施例１のペーストの場合と同様に、ガ
ラス質物質とクロム酸化物がセラミックス基板１との境
界で高濃度に分布し、基板１中に深く拡散すると共に導
体層２内に分散され、そして導体層２の表面部に低濃度
に分布することが確認された。

また、本実施例の結果から、優れた電気伝導性。

接合強度、放熱性、はんだぬれ性（耐侵食性）と信頼性
を持つ回路基板を得るためには、ガラス物質の密度が４
．２〜６．２ｇ／ｃｄとなるようにすることの重要性が
認められる。なお、密度が４．０ｇ／ａｌ及び６．３ｇ
／ｃｄのガラス物質を用いた場合でも、本実施例とほぼ
同等の性能が得られた。

実施例３本実施例では、ガラス質物質及びクロム酸化物の添加量
に関して説明する。本実施例では、実施例１と同様にし
て酸化クロムの添加量を種々調整した導体ペースト組成
物を作成した。ペースト組成物の作成に当り導体金属粉
末、有機ビヒクルの種類及び量、そして第１ガラス質物
質の種類及び量は実施例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。なお、本実施例で以下に記述する酸化クロム粉末添
加量とは、導体金属、第１ガラス質物質、そして酸化ク
ロムの総重量に基づいた酸化クロムの重量を、重量％で
表わす。

第５図及び第６図は、ガラス、酸化クロム粉末添加量（
重量％、横軸）とシート抵抗（ｍΩ／口。

縦軸）及び熱抵抗（’Ｃ／Ｗ、縦軸）との関係を示すグ
ラフである。シート抵抗は、Ａｇ及びｐｂを主体とする
導体層２中に分散する第１ガラス質物質やクロム酸化物
の分散密度にも当然ながら依存するが、添加量５重量％
以下では添加量０重量％に近い値が得られる。また、熱
抵抗も添加量１０重量％以下では添加量０重量％に近い
値が得られる。これはチップ搭載用のはんだ材の分担熱
抵抗が全体の熱抵抗を支配しているためである。第５図
は酸化クロム粉末を含まないものである。

第７図及び第８図は、ガラス質物質及び酸化クロム粉末
添加量（重量％、横軸）と接合強度（ｋｇ／ｎｎ”、縦
軸）との関係を示すグラフである。ガラス質添加量１重
量％以上では無添加の場合の約５倍以上、酸化クロム添
加量０．１〜１０重量％の範囲では約４　ｋｇ　／　ｒ
ｍ　”と高い強度が得られている。

第９図及び第１０図は、ガラス質物質及び酸化クロム添
加量（重量％、横軸）とぬれ性（％、縦軸）との関係を
示すグラフである。浸漬初期では約１０重量％を越える
領域でぬれ性は低下するが、１０重量％以下では良好な
ぬれ性を有している。

また、浸漬６０秒後ではガラス質物質では１〜１０重量
％、後者では１０重量％以上でも良好なぬれ性が保たれ
ており、はんだによる侵食も少ないことを示している。

ガラス質１重量％未満及び１０重量％を越える領域では
ぬれ性は劣る。１重量％未満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１０重量％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。

初期段階で酸化クロム粉末は１０重量％を越えるとはん
だぬれ性が低下するのは酸化クロムが過剰でああっては
んだと導体の接触が阻害されるためであり、浸漬６０秒
後でぬれ向上を生じるのは接触が促進されるためである
。

以上の結果から、総合的に見て選択される好ましいガラ
ス質及び酸化クロムの添加量は〔ガラス質又は酸化クロ
ム／金属導体十第１ガラス質物質＋酸化クロム）Ｘ１０
０）なる式に換算して前者では１〜１０重量％、後者で
は０．１〜５重量％である。

なお、本実施例では実施例１で用いた第１ガラス質物質
の場合について示したが、実施例２におけるＮｏ、　１
〜Ｎα６の第１ガラス質物質を添加した場合でも上述し
た好ましい添加量の範囲は変らない。

実施例４本実施例では、金屈魂体と共に、密度５．２　ｇ／ｄ及
び密度３．５ｇ／ａ＋？なる２種類のガラス質物質を添
加した例を説明する。

重量比で、導体金属粉末としての銀粉末５６％（平均粒
径１μｍ）、パラジウム粉末１５％（平均粒径１μｍ）
、実施例１と同種の第１ガラス粉末５％、実施例２にお
けるＮα１３と同種の第２ガラス粉末、５％、そして残
部がエチルセルロース樹脂とα−テレピネオールで構成
された有機ビヒクルからなる導体ペースト組成物を、実
施例１と同様にして作成した。こうして得たペースト組
成物は、導体金属粉末、第１ガラス粉末、そして第２ガ
ラス粉末の総重量に基づいて０．０６５　の第１ガラス
粉末と０．０１９　の第２ガラス粉末を含有している。

また、同ペーストを用い、実施例１と同様の手順を経て
、実施例１と同様の窒化アルミニウム基板上に配線を設
けた回路基板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、及びぬれ性（耐侵食性
）共に、実施例１に比べそん色ない結果が得られている
。特に本実施例では、はんだ浸漬（６０ｍｉｎ）を３回
くり返してもはんだ食われによるぬれ性低下は認られな
かった。これは、第２ガラス質物質が導体層２中に均一
に分散され、はんだ特に錫の拡散が抑制されたためであ
る。この利点は、高温放置後の接合強度低下の度合が軽
減される点にも波及する。

これより、本発明は密度４．０〜６．３ｇ／ａＩ？なる
第１ガラス質物質を含むことを基本とするが、これらに
加えて密度が４．０ｇ／ｃａｆより少ないガラス質物質
が適量添加される場合であっても１本発明の目的は十分
達せられることがわかる。なお、添加される第２ガラス
質物質は、十分な初期はんだぬれ性と耐侵食性を得るた
めには、導体金属、第１ガラス、酸化クロム、そして第
２ガラスの総重量に基づいて０．００１〜０．０３であ
ることが望ましい。この点は、実施例２において、＆１
１及び１２を除く＆７〜Ｎ０１６のガラス質物質を第２
ガラスとした場合でも同様である。

なお、このようなガラス質物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導体金属を
、銀単体（７１重量％）、又は銀−白金（７１重量％）
、又は銀−金（７１１重量％）に替えた導体ペースト組
成物を作成した。この際、ガラス質物質、酸化クロム、
及び有機ビヒクルは実施例１と同種１等量であり、製作
手順も同様である。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８５０℃、１０分の焼成処理
を施して回路基板１ｏを作成した。

第５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。（）は酸化クロムを含む場合のものであ
る。他は両者とも同じである。

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。

また、銀、白金、金、パラジウムの任意の組合せ及び任
意の組成からなる導体金属であっても、本発明の効果は
変らない。

実施例６本実施例では、酸化クロム以外の他の添加物の効果に関
して説明する。実施例２と同様にして酸化クロムの代替
添加物である酸化チタン又は酸化ジルコニウムの添加量
を種々調整した導体ペースト組成物を作成した。ペース
ト組成物の作成にあたり導体金属粉末、有機ビヒクルの
種類及び量、そして第１ガラス物質の種類及び量は実施
例１に準拠した。更に、同ペーストにより上述と同様の
手順を経て窒化アルミニウム上に導体を形成した回路基
板１０を作成した。なお、本実施例で以下に記述する金
属酸化物添加量とは、導体金属、第１ガラス質物質、そ
して金属酸化物の総重量に基づいた金属酸化物の重量を
、重量％で表わす。

第１１図は金属酸化物粉末添加量（重量％、横軸）とシ
ート抵抗（ｍΩ／口、縦軸）及び熱抵抗（℃／Ｗ、縦軸
）との関係を示すグラフである。

シート抵抗は、添加量５重量％以下では無添加に近い値
が得られている。また、熱抵抗も添加量１０重量％以下
では無添加に近い値が得られている。

第１２図は、金属酸化物粉末添加量（重量％。

横軸）と接合強度（ｋｇ／ｎｗｎ２．縦軸）との関係を
示すグラフである。金属酸化物粉末添加量０．１〜１０
重量％の範囲で約４ｋｇ／ｎｕ”と高い強度が得られて
いる。なお、これらの金属酸化物を添加した場合は無添
加の場合に比べ、安定的に高い強度が得られやすいこと
は酸化クロム添加の場合と同様である。

第１３図は、金属酸化物粉末添加量（重量％。

横軸）とぬれ性（％、縦軸）との関係を示すグラフであ
る。浸漬初期では約１０重量％を越える領域でぬれ性は
低下するが、１０重量％以下では良好なぬれ性が保たれ
ている。また、浸漬６０秒後では１０重量％以上でも良
好なぬれ性が保たれており、１０重量％以下でもはんだ
による侵食に耐えている。

以上の結果から、金属酸化物が酸化チタンや酸化ジルコ
ニウムの場合であっても酸化クロムを添加した場合と同
様の効果が得られることが明らかである。この効果は基
板が炭化シリコンの場合であっても変らない。

また、上述の結果を総合的に見て選択される好ましい金
属酸化物の添加量は〔金属酸化物／金属導体十第１ガラ
ス質物質十金属酸化物）Ｘ１００Ｉなる式に換算して０
．１〜５重量％である。

なお、本実施例では実施例１で用いた第１のガラス質物
質の場合について示したが、実施例２におけるＮｎ　１
〜Ｎα６の第１ガラス質物質を添加した場合、あるいは
実施例４の場合のように密度４ｇ／ｄ以下の第２ガラス
質物質を添加した場合でも上述した好ましい添加量の範
囲は変らない。

〔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、優れた放熱性
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系セラミ
ックスからなる回路基板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図は本発明の回路基板の１例の断面模式図、第
１−２図〜第１〜５図は本発明の回路基板構成成分の断
面における濃度分布、第２図及び第３図は本発明の回路
基板の温度サイクル数と接合強度の関係を示す図、第４
図は接合強度を捧グラス、第５図、第６図及び第１１図
は本発明の回路基板のガラス物質添加量とシート抵抗及
び熱抵抗の関係を示す図、第７図、第８図及び第１２図
は本発明の回路基板のガラス質物質添加量と接合強度の
関係を示す図、第９図、第１０図及び第１３図は本発明
の回路基板のガラス質物質添物量とはんだぬれ性の関係
を示す図である。支じ・′ 第１−２目　　　　　　　第７−．５０名ＩＷ′清１１
がらのａｔ准（１士もスケール）　　　表面償りからの
距鎗（任免スケール）第１−４４　　　　　第ｔ−ｓ口第２図吾８ガラス贅物隻層９ｎ量（重量２）第　３　劉第　４　口（０一つ接合強度（に％一つシート荊＼＋な〕（π４／６）懸叡抗（°袴り接合強度（’）Ａｚす刀′ラス笥１句賛珂ミ’７０８（重量％）第　９　図カーラｘ％物費ヌトカ」ｌ（！重淘早　１０　　口酸化クロム添７０量（ｉｔ％）（；んＥｈ車イ生（ん）接合強度（Ｋｌ／Ｉ−つ

Claims

【特許請求の範囲】

１．銀，金，白金及びパラジウムから選択した少なくと
も１種の金属からなる導体粉末と、第１ガラス粉末と、
クロム，チタン及びジルコニウムの群から選択された少
なくとも１種の金属の酸化物粉末と、有機ビヒクルとを
含んだことを特徴とする非酸化物系セラミックス用導体
ペースト組成物。
２．特許請求の範囲第１項において、該酸化物粉末の添
加量が、該導体粉末，ガラス粉末及び酸化物粉末の総重
量の０．００１〜０．０５である非酸化物系セラミック
ス用導体ペースト組成物。
３．特許請求の範囲第１項又は第２項において、該ガラ
ス粉末の添加量が、上記総重量の０．０１〜０．１であ
る非酸化物系セラミックス用導体ペースト組成物。
４．特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
いて、密度が４．０ｇ／ｃｍ＾３より小さい第２のガラ
ス粉末を、導体粉末，第１ガラス粉末，酸化物粉末、そ
して第２ガラス粉末の総重量に基づいて０．００１〜０
．０３添加したことを特徴とする非酸化物系セラミック
ス用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，金，白金、及びパラジ
ウムから選択された少なくとも１種の金属からなる導体
層と、該導体層と該セラミックスとで構成される界面に
介在する第１ガラス質物質からなるガラス層で構成され
、該ガラス層にクロム，チタン、そしてジルコニウムの
群から選択された少なくとも１種の金属の酸化物が含有
されていることを特徴とする回路基板。
６．特許請求の範囲第５項において、該酸化物が、該第
１ガラス質物質と共に該導体層中に分散されている回路
基板。
７．特許請求の範囲第５項又は第６項において、該第１
ガラス質物質含有量が、該導体層とガラス層との総重量
の０．０１〜０．１であり、酸化物含有量が上記総重量
の０．００１〜０．０５である回路基板。
８．特許請求の範囲第５項ないし第７項のいずれかにお
いて、該導体層に密度が４．０ｇ／ｃｍ＾３未満である
第２ガラス質物質が分散されている回路基板。
９．特許請求の範囲第８項において、該第２ガラス質物
質含有量が上記総重量の０．００１〜０．０３である回
路基板。
１０．特許請求の範囲第５項ないし第９項のいずれかに
おいて、該非酸化物系セラミックスが窒化アルミニウム
又は炭化シリコンを主成分とする回路基板。
１１．銀，金，白金、そしてパラジウムよりなる群から
選択した少なくとも１種の金属からなる導体粉末と、密
度４．０〜６．３ｇ／ｃｍ＾３なる第１のガラス粉末と
、そして有機ビヒクルとを含んだことを特徴とする非酸
化物系セラミックス用導体ペースト組成物。
１２．特許請求の範囲第１１項において、該第１ガラス
粉の添加量が該導体粉末と第１ガラス粉末の総重量の０
．００１〜０．１である非酸化物系セラミックス用導体
ペースト組成物。
１３．特許請求の範囲第１１項又は第１２項において、
密度４．０ｇ／ｃｍ＾３より小さい第２ガラス粉末を含
んだ非酸化物系セラミックス用導体ペースト組成物。
１４．特許請求の範囲第１３項において、該第２ガラス
粉末の添加量が該第２ガラス粉末を含めた上記総重量の
０．００１〜０．０３である非酸化物系セラミックス用
導体ペースト組成物。
１５．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，金，白金、及びパラ
ジウムよりなる群から選択された少なくとも１種の金属
からなる導体層と、該導体層とセラミックスとで構成さ
れる界面に介在する密度４．０〜６．３ｇ／ｃｍ＾３な
る第１ガラス質物質からなるガラス層で構成されること
を特徴とする回路基板。
１６．特許請求の範囲第５項において、該第１ガラス質
物質が該導体層に分散されている回路基板。
１７．特許請求の範囲第１５項，第１６項において、該
第１ガラス質物質含有量が、該導体層とガラス層との総
重量に基づいて０．０１〜０．１である回路基板。
１８．特許請求の範囲第１５項ないし第１７項のいずれ
かにおいて、密度が４．０ｇ／ｃｍ＾３未満の第２ガラ
ス質物質が該導体層に分散されている回路基板。
１９．特許請求の範囲第１８項において、該第２ガラス
質物質含有量が上記総重量の０．００１〜０．０３であ
る回路基板。