JPH01206508A

JPH01206508A - 窒化アルミニウム基板用導体ペースト

Info

Publication number: JPH01206508A
Application number: JP63267136A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Watanabe; 一成渡辺; Naoshi Irisawa; 直志入沢; Katsumasa Nakahara; 勝正中原; Tetsuo Natsui; 夏井　徹男
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1989-08-18
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2967929B2

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、窒化アルミニウム基板用ペーストに関するも
のである。

［従来の技術］近年、電子機器の小型化、高出力化に対する要求が高ま
り、半導体素子の高出力化、高集積化などの技術が強く
望まれている。それに伴い、単位面積当たりの発熱量が
増加するため、半導体からの発熱を効率よ（放散できる
基板が求められている。その中で、ＡＩＮは絶縁抵抗が
高い、絶縁耐圧が高い、誘電率が低いなどの電気特性に
加え、Ａｌｔｏｓの１０倍以上の高い熱伝導率、またＳ
Ｌに近い熱膨張係数を有し、上記の要求に応える材料の
一つとして注目されている。

しかるに、ＡＩＮは、金属との濡れ性が悪（、Ａｌｔｏ
ｓ基板に使用される厚膜導体ペーストを使用しても、基
板との接着強度が強い回路を形成するのが困難であると
いう問題を有していた。

ＡＩＮと金属との接着力向上に関しては、第２回マイク
ロエレクトロニクスシンポジウム（１９８７）の予稿集
ｐ１４１〜ｐ１４４に記載されているよう（５、Ｔｉ箔
もしくは、Ｔｉ−Ｃｕ系ろう材、　Ｔｉ粉末とＡｇろう
粉末との混合ペーストを用いると、ＡＩＮとＴｉとが高
温で反応してＴｉＮが生成し高い接合強度が得られるこ
とが知られているが、Ｔｉ箔を用いる方法では、Ｃｕｉ
とＡＩＮ基板との接合しか出来ず、細かい回路線幅に対
応できないという問題点があり、Ｔｉ−Ｃｕ系ろう材を
用いる方法では。

合金粉の微粉を得にくいため細かい回路線幅に対応でき
ないという問題点があり、Ｔｉ粉末とＡｇろう粉末との
混合ペーストを用いる方法では、Ａｇを含有しているた
めマイグレーションが発生しやすいという問題点があっ
た。

（発明の解決しようとする問題点）本発明は従来技術が有していた上記問題点を解決し、微
細な回路パターンが形成でき、マイグレーションが発生
することなく、接着強度に優れた窒化アルミニウム基板
用導体ペーストの提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は無機成分が導電性金属粉末５０〜９０重量％と
、加熱により窒化アルミニウムと反応する活性金属粉末
８〜４０重量％と、導体の脆性を改善する低融点金属粉
末及び／又は低融点金属化合物粉末２〜３０重量％とか
ら成る窒化アルミニウム基板用導体ペースト並びに無機
成分が導電性金属粉末２０〜８０重量％と、活性金属粉
末１５〜５０重量％と、インジウ゛ム粉末及び／又はイ
ンジウム化合物２〜３０重量％とから成る窒化アルミニ
ウム基板用導体ペーストを提供するものである。

本発明の第１発明において、導電性金属粉末は導体を構
成する主成分であり、無機成分中における該金属粉末の
含有量が５０重量％未１では導体の抵抗値が大きくなり
過ぎるので好ましくなく、９０重量％を越えると導体と
基板の接着力が低下するので好ましくない。

かかる金属粉末としては抵抗値が小さい物質であれば特
に限定されずＡｇ、　Ｐｄ、等の貴金属粉末、Ｃｕ、Ｎ
ｉ等の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気
抵抗が低い、融点が低い、マイグレーションの心配が無
い等の理由から、Ｃｕ粉末が好適である。

本発明の活性金属粉末は、加熱（望ましくはペースト焼
成時の加熱）により　ＡＩＮ基板と反応し導体の接着力
を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末の含有量
が無機成分中で８重１％未満では、導体の接着力が充分
に向上しないので好ましくなく、４０重量％より多くな
ると、導体が脆弱になり充分な接着力が得られないだけ
でなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるので好まし
くない。かかる活性金属粉末としてはＴｉ、ＴｉＨｚ、
Ｔｉ合金、Ｚｒ、ＺｒＨｚ、　Ｚｒ合金が安価であり、
使用に好適である。Ｔｉ合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−
４Ｖが例示され、Ｚｒ合金としてはジルカロイが例示さ
れる。ＹやＬａ、　Ｓｎ、　Ｏｆ等の金属はＡＩＮと反
応するが非常に活性なため１００μｍ以下の粒径を持つ
粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成する場
合には好ましくない。

低融点金属粉末及び／又は低融点金属化合物粉末は導体
の脆弱性を改善するために添加する。かかる粉末の添加
量が無機成分中で２重１％未満では導体が脆弱で好まし
くな（，３０重量％を越えると導体の電気抵抗が大きく
なりすぎるので好ましくない。

かかる低融点金属粉末及び／又は低融点化合物粉末とし
ては、上記導電性金属粉末より融点が低く、焼成により
導体の脆性を改善するものであれば特に限定されない。

具体的には、低融点金属粉末としてはＳｎ、　Ｂｉ、　
Ｓｂ、　Ｉｎ、　Ｃｄ、　Ｚｎ、　Ｇｅ。

Ｓｅ、Ｐｂが例示され、低融点金属化合物粉末としては
　ＢｉｘＯｘ、５ｂｚＯｓ、　ＰｂＯ，の酸化物、Ｐｂ
Ｃ１ｚＳｂＣ１ｘ、　５ｎＣ１４の塩化物、ＳｎＳ、　
ＢｉＳ、　５ｂｉＳａの硫化物が例示される。中でもＳ
ｎ、　Ｂｉ、　Ｂｉａｓｓが特に好ましい。

上記各粉末の粒径は、１０μｍ以下であることが好まし
い。その理由は導体層の厚さが２０μｍ程度であるため
、１０μｍ以上の粒径になると粉末の粒径が導体層の厚
さに比べて大きくなりすぎるからである。

本発明の第２発明は特に窒化雰囲気で焼成した場合窒化
アルミニウム基板と接着強度に（！れたものが得られる
。

導電性金属粉末は無機成分中における該金属粉末の含有
量が２０重量％未満では導体の抵抗値が大きくなり過ぎ
るので好ましくなく、８０重量％を越えると導体と基板
の接着力が低下するので好ましくない。かかる金属粉末
としては、Ａｇ、　Ｐｄ等の貴金属粉末、Ｃｕ、Ｎｉ等
の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気抵抗
が低い、融点が低い、マイグレーションの心配がない等
の理由より、Ｃｕ扮粉末好適である。

本発明の活性金属粉末は、加熱（望ましくはペースト焼
成時の加熱）により窒化アルミニウム基板と反応し導体
の接着力を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末
の含有量が無機成分中で１５重量％未満では、導体の接
着力が充分に向上しないので好ましくな（，５０重量％
より多（なると導体が脆弱になり充分な接着力が得られ
ないだけでなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるの
で好ましくない。

かかる活性金属粉末としてはＴｉ、ＴｉＨ，Ｔｉ合金、
Ｚｒ、　ＺｒＨｔ、　Ｚｒ合金が安値であり、使用に好
適である。　Ｔｉ合金とシテは、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ　
カ例示され、Ｚｒ合金としてはジルカロイが例示される
。

ＹやＬａ、　Ｓｍ、　Ｈｆ等の金属は窒化アルミニウム
と反応するが非常に活性なため、１００μｍ以下の粒径
を持つ粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成
する場合には好ましくない。

インジウム粉末及び／又はインジウム化合物粉末は導体
の脆弱性を改善し、窒化アルミニウム基板との接着強度
を向上させるために添加する、かかる粉末の添加量が無
機成分中で２重量％未満では導体が脆弱で好ましくない
。

３０重量％を越えると導体の電気抵抗が大きくなりすぎ
るので好ましくない。またインジウム化合物粉末として
はインジウム塩：　ＩｎＢｒ、ＩｎＢｒｔ、ＩｎＢｒａ　
（臭化物）ＩｎＣ１，ＩｎＣｌ２．　ＩｎＣ１ａ　（塩
化物）ＩｎＦ−１（フッ化物）ＩｎＩ、Ｉｎ１．Ｉｎｌ３（ヨウ化物）無機化合物：Ｉ
ｎＰ（リン化物）ＩｎＳ、Ｉｎ１Ｓ、Ｉｎ２Ｓｉ　（硫化物）Ｉｎ２０．
ＩｎＯ，Ｉｎ２Ｏ５（酸化物）などが挙げられるが、各
融点と沸点と焼成温度から考えて特にＩｎ、　Ｉｎ２Ｏ
５が好ましい。

本発明によるペーストは以上説明した無機成分に有機ビ
ヒクルを添加して使用される。かかる有機ビヒクルは特
に限定されるものではな（、具体的にはエチルセルロー
ス、アクリル樹脂、四フッ化エチレン樹脂等の有機バイ
ンダーをα−テルピネオール、ブチルカルピトールアセ
テート等の有機溶剤に溶解したものが例示される。

一方窒化アルミ基板としては、ＡＩＮが主成分であれば
よく、焼結助剤等を５重量％程度含有するものであって
もよい。

本発明による導体の形成は次のようにして行うことがで
きる。

上記の混合粉末に有様ビヒクルを加えたのち、自動乳鉢
で約１時間混合し、さらに三本ロールミルなどにより分
数性を向上させることが好ましい。このようにして作製
した導体ペーストを窒化アルミニウム基板上にスクリー
ン印刷等の方法で塗布し、焼成して導体を形成する。焼
成の条件としては、８５０〜１２００℃程度の温度で少
な（とも１０分間加熱を行なうことが望ましく、第１発
明のペーストは１０００℃、１時間が接着強度の安定性
の点で好適である。雰囲気としては非酸化性雰囲気が良
く、とりわけ真空雰囲気が接着強度の向上の点で好適で
ある。

一方、第２発明のペーストは特に９５０℃１時間窒素雰
囲気中で焼成することにより基板との接着強度に優れた
ものが得られる。

焼成後、導体層の表面に半田付けを行なっても良いが、
半田の濡れ性を改善するため、必要に応じてＣｕメツキ
、Ｎｉメツキ等のメツキを施しても良い。

［作用］本発明においては、窒化アルミニウム基板と導体との接
着は、導体ペースト中に、低融点金属及び／又は低融点
金属化合物を含有することによって導体層自体を強化し
、さらに活性金属とＡＩＮとの反応による化学結合によ
って強化されるものと思われる。

さらに、粒度の調整された無機物の粉末と有機ビヒクル
からなるペーストであることによって、細かい回路線幅
が要求される導体層の形成も可能である。

［実施例］実施例１表１に示される無機成分粉末の総量と有機ビヒクルとが
重量比で８０：２０になるように混合し自動乳鉢で約１
時間攪拌後、３本ロールに３回通して導体ペーストを作
製した。なお、有機ビヒクルは、アクリル樹脂と　ｎ−
ブチルカルピトールアセテートとを重量比で５＝９５の
割合で、１合したものを用いた。

次にこの導体ペーストを窒化アルミニウム基板の表面に
、スクリーン印刷法により約２０μｍの厚さに塗布し、
この導体ペーストを塗布した窒化アルミニウム基板を真
空雰囲気中、１０００℃で約１時間焼成し、導体ペース
トを固化した。

更に、この導体層の表面に無電解銅メツキ又は無電解Ｎ
ｉメツキを施こし、接着強度及び抵抗値を調べた。その
結果を表１に示す。接着強度は、２ｍｍＸ２ｍｍのパタ
ーンでビールテストにより求めた。なお、同表における
試料Ｎｏ、　１〜３は比較例で、ビールテストで導体が
破損した。

表１より明らかなように、本発明による導体ペーストは
、窒化アルミニウム基板の表面に強固な接着強度で接着
した導体を形成することができる。

実施例２実施例１と同様の方法によりペーストを製造し、窒化ア
ルミニウム基板の表面にスクリーン印刷法に約２０μｍ
の厚さに塗布した。次いでこれを窒素雰囲気中で９４５
℃１時間焼成した。

次いでこれについて実施例１と同様の方法でテストした
。使用したペーストの組成及びテスト結果を表２に示し
た。同様より明らかなようにインジウム、インジウム化
合物を含有するペーストは、窒素雰囲気中で焼成するこ
とにより窒化アルミニウム基板との接着力（こ優れた導
体が形成される。

［発明の効果］本発明によれば、マイグレーションを生ずることなく、
接着強度に優れた微細なパターンの導体を窒化アルミニ
ウム基板に形成することができる。

特にインジウム、インジウム化合物を含有するものは窒
素雰囲気での焼成により接着強度に優れた導体を得られ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）無機成分が導電性金属粉末５０〜９０重量％と、
加熱により窒化アルミニウムと反応する活性金属粉末８
〜４０重量％と、導体の脆性を改善する低融点金属粉末
／又は低融点金属化合物粉末２〜３０重量％とから成る
窒化アルミニウム基板用導体ペースト。
（２）無機成分が導電性金属粉末２０〜８０重量％と、
活性金属粉末１５〜５０重量％と、インジウム粉末及び
／又はインジウム化合物２〜３０重量％とから成る窒化
アルミニウム基板用導体ペースト。