JPH01260713A

JPH01260713A - 窒化物系セラミックス基板用メタライズペースト組成物

Info

Publication number: JPH01260713A
Application number: JP8659988A
Authority: JP
Inventors: Hironori Asai; 博紀浅井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-10-18
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2685216B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はアルミニウムー窒素系基板（以下「ＡＩＮ基板
」という）等の窒化物系セラミックス基板上に、高融点
金属を主成分とする表面特性や電気特性に優れたメタラ
イズ層をペースト塗布により設ける為のメタライズペー
スト組成物に関する。

（従来の技術）近年、ハイブリットＩＣ用などの回路基板として、高い
熱伝導性を有するＡＩＮ基板などの窒化物系セラミック
ス基板が注目を集めている。

ところで、セラミックス基板を回路基板として使用する
場合は、その表面に導電層の形成が不可欠である。例え
ば、特開昭６０−１０９２９３号公報等には、非酸化物
系セラミックス配線板の製造方法が開示されており、製
造に必要なメタライズペースト組成物が記載されている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このペースト組成物は、ガラス成分が添
加されたものであり、また、実施例としてはＳｉＣ基板
に適用した例が記載されているのみで、本発明者等の知
る限りでは、実際に窒化物系セラミックス基板、例えば
ＡＩＮ基板、に実施した際には、メタライズ層の接合強
度が不十分て実用的でなかった。

本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり
、窒化物系セラミックス基板上に、接合強度、ニッケル
メッキ性、低電気抵抗性に優れたメタライズ層を形成で
きる、窒化物系セラミックス基板用メタライズペースト
組成物を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）発明の概要したがって本発明を次のように構成した。すなわち本発
明は、モリブデンおよび／またはタングステン、チタン
の酸化物、チタンの窒化物、第４周期遷移金属（Ｔｉを
除く）の酸化物およびニッケルから成る金属粉末および
有機バインダーとから成ることを特徴とする、窒化物系
セラミックス基板用ペースト組成物である。さらに、モ
リブデンおよび／またはタングステン３０〜８０重量％
、チタンの酸化物５〜１０重量％、チタンの窒化物１０
〜６０重量％、第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化
物２〜１５重量％およびニッケル２〜１５重量％から成
る金属粉末、および有機バインダーとから成ることを特
徴とする、窒化物系セラミックス基板用ペースト組成物
である。

発明の詳細な説明１金属粉末（１）モリブデンおよびタングステン本発明のメタライズペースト組成物において、モリブデ
ン（ＭＯ）および／またはタングステン（Ｗ）は、高温
下においても酸化されない高融点金属であり、導電性メ
タライズ層において主導体になるものである。特にＷは
、その熱膨張率が窒化物系セラミックス基板に近く導電
性や熱伝導性も良好であるので、その使用が好ましい。

この高融点金属の配合比は、３０重量％未満であると、
得られる導電性メタライズ層の電気抵抗が増大し、また
８０重量％を超えると、セラミックス基板へのメタライ
ズ層の接合力が低下し好ましくない。

この高融点金属の配合比は、好ましくは７０〜８０重量
％の範囲である。

（２）チタンの酸化物本発明のチタン（Ｔｉ）の酸化物は、焼結温度において
活性化し、母材となる窒化物系セラミックス基板と反応
して窒化物、例えばＴｉＮ、となり導電性メタライズ層
の接合に寄与するものである。さらにこのＴｉの酸化物
は、後述するように、コバルトの酸化物と反応して中間
反応層を形成し、焼成温度が比較的低くても優れた接合
力をメタライズ層に付与している。

Ｔｉの酸化物としては、Ｔ　ｉ　Ｏ、Ｔ　ｉ　Ｏ２の使
用が好ましい。

このＴｉの酸化物の配合比が、５重量％未満であるとメ
タライズ層の接合強度の低下を招き、更に焼成温度に低
温化効果が充分に得られなくなり好ましくない。また１
０重量％を超えると、Ｔｉの酸化物の酸素がＡＩＮと反
応し、Ａｌ２Ｏ３を形成するためにＡＩＮ基板の熱伝導
率の低下が認められ、また反応により生成するＡｌ２Ｏ
３の量が増大しすぎると、接合強度が低下するので好ま
しくない。

（３）チタンの窒化物本発明のメタライズペースト組成物のＴ１の窒化物は、
焼成時に、自ら焼結することによってメタライズ層自体
の強度を高めることに寄与している。また比較的高温の
温度域では、ＡＩＮ基板と直接接合するため、ＡＩＮ基
板とメタライズ槽との接合にも寄与している。

更にＴｉの酸化物は、焼成時に、メタライズペースト組
成物の各成分の凝集を防止する。メタライズペースト組
成物が焼成時に凝集してしまうと、メタライズ層の電導
性や熱伝導性が低下してしまい好ましくない。

またＴｉの窒化物は、比較的高温で熱処理を行うと、メ
タライズペースト組成物の凝集を防止するばかりでなく
、メタライズ層を均一かつ微密にする。その結果、メタ
ライズ層に更にニッケルメッキがなされた場合でも、ニ
ッケルメッキはセラミックス基板まで浸透せず、優れた
表面導電性を有するろう付接合用セラミックス基板を得
ることができる。

Ｔｉの窒化物の配合比は、１０重量％未満であると、メ
タライズペースト組成物の凝集防止の効果を実現できず
、また６０重量％を超えると、メタライズ層の焼結性お
よび導電性の悪化を招き好ましくない。

（４）第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化物本発明
のメタライズペースト組成物の第４周期遷移金属（Ｔｉ
を除く）の酸化物は、Ｔｉの酸化物と反応して複合化合
物を形成する。この複合化合物は比較的低温で液相を形
成し、これにより焼成温度が比較的低温でも接合強度が
大きなメタライズ層を形成することができる。

すなわち、この液相のセラミックス基板との界面付近に
は、Ｔｉの窒化物に加えて、ＡＩＮ基板中に含まれる粒
界構成相成分（例えば焼結助剤としてのＹ２Ｏ３）と、
ＴｉＮの生成と同時に生成したＡ　１２０３との反応生
成物が存在して、中間反応層を形成する。この中間反応
層は、固化すると、メタライズ層とセラミックス基板と
の接合に寄与するものとなる。

さらにこの第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化物は
、ＴｉＮの焼結性の向上にも寄与し、この意味からもメ
タライズ層の接合強度を上げるこのができる。

第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化物としてはＣｏ
の酸化物、特にＣＯ２０３、ＣＯ３０４の使用が好まし
い。

この第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化物の配合比
が、２重量％未満であると焼成温度の低温化効果が充分
得られず、また１５重量％を超えて加えても低温化効果
の改善がそれ以上図れないことから、メタライズ層に充
分な導電性を付与するためにはその値を超えないことが
好ましい。

この第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）の酸化物の配合比
は、好ましくは４〜１０重量％の範囲である。

（５）ニッケル本発明のメタライズペースト組成物におけるニッケル（
Ｎｉ）は、焼成時におけるメタライズペースト組成物の
凝集を防止するのに寄与している。

特にメタライズ層の主導体となるＭｏおよびＷの凝集を
防止し、その焼結性の改善を図るものである。

さらにこのＮｉは、例えば焼成時に生ずるＣ　Ｏ３Ｃ等
の炭化物のメタライズ層との濡れ性を改善するものでも
ある。

２、メタライズペーストの調製本発明のメタライズペースト組成物は、上記金属粉末を
所定の配合比で有機バインダーに分散し、十分に混練す
ることによって、好ましく調製される。金属粉末の粒径
は、好ましくは０．８〜１．８μｍである。本発明の有
機バインダーの好ましい例としては、エチルセルロース
が挙げられる。さらに本発明の有機バインダーとは、こ
れに加えてまたは有機バインダーに代えて用いられる、
ニトロセルロースや、溶剤としての酢酸ブチル、メチル
エチルケトン、ラレビネオール、ブチルカルピトール、
酢酸エチルをも意味する。

また、添加される有機バインダーの量は、所望の粘度の
メタライズペーストが得られる範囲で適宜選択されるが
、一般的には上述の組成の金属粉末に対して、１．０重
量％を超える程度の量が好ましい。

３、表面導電性セラミックス基板の製造法本発明のメタ
ライズペースト組成物を適用できる窒化物系セラミック
ス基板としては、例えばＡｌＮ１Ｓｉ３Ｎ４．５ｉＡ１
ＯＮ等を主成分とするセラミックス焼結体を挙げること
ができる。特にＡＩＮ基板への適用が好ましい。

本発明のメタライズペースト組成物を用いた表面導電性
セラミックス基板の製造は、具体的には次のように行う
。まず、本発明のメタライズペースト組成物を、窒化物
系セラミックス基板の表面に、所望のパターン形状に塗
布する。塗布の方法は、例えばスクリーン印刷法、スプ
レー塗布法等によって好ましく行われる。ペースト組成
物の乾燥後、不活性雰囲気中で、１５００〜１９００℃
の温度に加熱して焼成してメタライズ層を形成する。焼
成温度が１５００℃未満であると、モリブデンおよび／
またはタングステンの焼結が進まないばかりか、メタラ
イズ層の焼結が不十分となって好ましくない。また１９
００℃を超えても必要な接合強度、メタライズ状態の改
善効果が得られないことから、この温度を超えることは
経済性の面から好ましくない。

（実施例）実施例１〜３まず表１に示されるような組成のメタライズペースト組
成物を調製した。有機バインダーとしてはエチルセルロ
ースを用いた。このメタライズペースト組成物を、熱伝
導率２００Ｗ／ｍ−にのＡＩＮ基板にスクリーン印刷で
一辺が２龍の正方形状のパッドを設け、次いで窒素雰囲
気下、１４００〜１９００℃で温度を変えて焼成して、
セラミックス基板上にメタライズ層を形成した。

さらに、このメタライズ層上に無電解ニッケルメッキを
施した。

このようにして得たメタライズ基板のパターンの外観を
顕微鏡観察した。その外観評価結果は表２に示す通りで
ある。また、このメタライズ基板に、ニッケルメッキを
施した直径１、Ｏｎ＋ｍの銅線を５ｂ−ｐｂハンダでハ
ンダ付けした。この銅線を基板に垂直な方向に引張るこ
とにより、メタライズ層のセラミックス基板への接合強
度評価を行った。その結果は表２に示す通りである。

表　　１表　　２比較例まず表３に示されるような組成のメタライズペースト組
成物を実施例１〜３と同様に調整した。

このメタライズペースト組成物を、熱伝導率２００Ｗ／
ｍｅｋのＡＩＮ基板にスクリーン印刷で一辺が２ｍｍの
正方形状のパッドを設け、次いで窒素雰囲気下、１５０
０℃で焼成して、セラミックス基板上にメタライズ層を
形成した。さらに、このメタライズ層上に無電解ニッケ
ルメッキを施した。

このようにして得たメタライズ層のセラミックス基板へ
の接合強度評価を実施例１〜３と同様に行った。その結
果は表３に示す通りである。

表　　３〔発明の効果〕本発明のメタライズペースト組成物によれば、窒化物系
セラミックス基板上に接合強度、ニッケルメッキ性、低
電気抵抗性に優れたメタライズ層を設けることができる
。特に本発明は、高放熱特性を要求される高山カバワー
ドランシスター用セラミックス基板の用途に適したＡＩ
Ｎ基板に好ましく適用できる。

Claims

【特許請求の範囲】

１．モリブデンおよび／またはタングステン、チタンの
酸化物、チタンの窒化物、第４周期遷移金属（Ｔｉを除
く）の酸化物およびニッケルから成る金属粉末と、有機
バインダーとから成ることを特徴とする、窒化物系セラ
ミックス基板用ペースト組成物。
２．モリブデンおよび／またはタングステン３０〜８０
重量％、チタンの酸化物５〜１０重量％、チタンの窒化
物１０〜６０重量％、第４周期遷移金属（Ｔｉを除く）
の酸化物２〜１５重量％およびニッケル２〜１５重量％
から成る金属粉末と、有機バインダーとから成ることを
特徴とする、窒化物系セラミックス基板用ペースト組成
物。