JPH03146487A - 金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents

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、ＩＣ絶縁基板をはじめ多くの分野で注目され
ている窒化アルミニウム焼結体特に金属化層を有する窒
化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。

［従来の技術］ 窒化アルミニウム（ＡＩＮ）焼結体は、熱伝導性、電気
絶縁性に優れ、機械的強度も優れていることから、ＩＣ
絶縁基板をはじめ、多くの分野で注目されている。しか
し、ＡＩＮ焼結体は金属との濡れ性が悪く、十分な密着
強度を持つ金属化層を得ることが課題となっている。

その金属化層を形成せ−しめる方法としては、厚膜焼成
法、Ｄ　Ｂ　Ｃ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄ　Ｃｏｐｐｅ
ｒ）法、薄膜法等が行われ、その成功例も少なくない。

その他、ＡＩＮ焼結体に金属化ペーストを塗布し、非酸
化性雰囲気中にて焼成する同時焼成法についても成功例
があり、数例報告されている。

その−例として、非酸化物系セラミックス体の金属化用
組成物及び金属化方法（特公昭６２−２７０３７号）が
ある。これには、メツキ、ろう付は可能な強固な接着を
得ることができる組成物並びにそれを用いた金属固化方
法について開示されており、ＡＩＮセラミックス体では
、金属化用組成物として、タングステン（Ｗ）、モリブ
テン（Ｍ　ｏ　）のほかに非酸化物系セラミックスの構
成要素物質つまりＡＩＮと金属あるいは金属酸化物を含
有せしめてなる金属化用組成物並びにＡＩＮ未焼結成形
体にそのペーストを塗布して、非酸化性雰囲気中にて焼
成する同時焼成法について説明されている。

この他にも若干例の報告があるが、気密性に劣る等、十
分満足される性能は得られていない。

他方、酸化アルミニウムＣＡ１ｚＯｚ）ｍ１８体の金属
化方法としては、Ｗもしくはモリブデン−マンガン（Ｍ
　ｏ　−Ｍ　ｎ　）の金属化ペーストを塗布し、加湿水
素もしくは加湿フォーミングガス雰囲気中において１３
００〜１７５０℃の温度で焼成するテレフンケン法が広
く一般に知られている。この方法の特徴は、加湿雰囲気
中においてＡｌ２Ｏ３焼結体中のガラス相が軟化する温
度まで焼成する点にあり、この焼成によりＷ及びＭｏの
表面が酸化されて、Ｗ又はＭｏ粒子の焼結を促進するの
みならず、これらの酸化物が焼結体のガラス相に溶は込
んでガラスの流動性を良くし、ガラス相は多孔質の金属
化層中に移動する。更に焼成により生成した酸化物、特
にＭｎＯは金属化層とＡｌ２Ｏ３焼結体との界面近傍に
おいてガラス相を形成するため、金属化層とＡｌ２Ｏ３
焼結体は機械的に強固に結合する。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記事情に鑑み、ＡＩＮ焼結体と強固に接着し
、かつ気密性の高い金属化層を有するＡＩＮ焼結体を提
供することを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、金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体の
製造において、該金属化層をタングステンを主成分とし
、ニッケル、鉄、コバルト及びそれらの合金、それらの
化合物からなる群より１１Ｍ以上と、マグネシウム化合
物、カルシウム化合物及びバリウム化合物及びそれらの
混合物、それらの化合物からなる群より１種以上とアル
ミニウム化合物とを含有する金属化ペーストを塗布して
焼結して得る金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体
の製造方法である。

すなわち、本発明者らは、気密性の高い金属化層を有す
るＡＩＮ焼結体を得るべく鋭意検討した結果、ＷにＮｉ
、Ｆｅ、Ｃｏ及びそれらの合金、それらの化合物からな
る群よりＩＮ以上添加する。ことにより、極めて気密性
に優れた金属化層を有するＡＩＮ焼結体が得られること
を見出した。

上記物質は、ＡＩＮの気密化が起る１６００℃以上の温
度流域において溶融する。一般に、還元性雰囲気下では
、Ｗの焼結性は物質移動を伴わないため、極めて劣った
ものではあるが、これら溶融金属を介することにより物
質移動が生じ、Ｗの焼結性は大いに促進され、緻密な金
属化層を得ることができる。その一方、ＡＩＮはそれら
溶融金属との濡れ性が悪く、金属化層とＡＩＮ焼結体の
界面近傍では多孔質の組織が形成される。このため、気
密性や金属化層とＡＩＮ焼結体との接着強度の点におい
て満足な値を得ることはできない。しかしながら、金属
化層とＡＩＮ焼結体双方に対し、濡れ性の優れた物質を
添加することにより、この問題を解決することができた
。特にマグネシウム化合物、カルシウム化合物及びバリ
ウム化合物及びそれらの混合物、それらの化合物からな
る群より１種以上とＡＩ化合物を添加する−とその効果
が顕著であることが認められた。

かかる金属化層を有するＡＩＮ焼結体は、例えば以下の
ようにして製造される。

すなわち、まずＡＩＮグリーンシートを常法により得る
。しかるのちに、ＡＩＮグリーンシートの所定部に金属
化ペーストを塗布する。この金属化ペーストは、タング
ステンを主成分とし、ニッケル、鉄、コバルト及びそれ
らの合金、それらの化合物からなる群よりＩＦＩｉ以上
、マグネシウム化合物、カルシウム化合物及びバリウム
化合物及びそれらの混合物、それらの化合物からなる群
より１種以上と、アルミニウム化合物とともに、エチル
セルロース、アクリル樹脂、ポリビニルアルコールなど
の公知の粘結材と、α−テルピネオール、ブチルカルピ
トールなどの公知の溶剤からなるバインダーを混練する
ことにより得ることができる。金属化ペーストを塗布し
たグリーンシートを焼成することにより、ＡＩＮの焼結
と金属化層の形成を同時に行う。

このときの焼成温度は１８００〜２０５０℃程度が望ま
しい。又、雰囲気ガスとしては、窒素ガス、ドライフォ
ーミングガス、アンモニアガスなどが使用でき、これに
水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、−酸化炭素ガ
スなどを混合せしめることも可能である。

なお、上記のように、ＡＩＮグリーンシートに金属化ペ
ーストを塗布した後、ＡＩＮの焼結と金属化層の形成と
を同時に行う、いわゆる同時焼成法に代えて、ＡＩＮ焼
結体に金属化ペーストを塗布し、しかるのちに焼成して
金属化層を形成せしめる、いわゆるポストメタライズ法
にも適用できる。この場合では真空中にて焼成を行うこ
とも可能である。

［実施例］ 次に実施例並びに比較例について述べる。

実施例Ｉ ＡＩＮ粉末、焼結助剤として酸化イツトリウム、結合剤
としてポリビニルブチラールとポリビニルアルコールの
混合物、可塑剤としてジブチルフタレート（Ｄ、Ｂ、Ｐ
−、）　、ペンジルブチルフ９　レ−）　（Ｂ、Ｂ、Ｐ
、）の混合物、解膠剤としてメンヘンデン魚油、溶剤と
してトリクロロエチレン、エチルアルコール、メチルエ
チルケトンの混合物、湿潤剤としてモノオレイン酸グリ
セリン及び消泡剤をボールミル混合し、スラリーを作製
した。このスラリーを脱泡し、更にドクターブレード法
により、ＡＩＮのグリーンシートを作製した。

一方、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレー
ト、エチルセルロース等の粘結剤、ブチルカルピトール
、α−テルピネオール等の溶剤を混合し、ビヒクル−を
作製した。しかるのち、タングステン粉末、ニッケル粉
末、炭酸マグネシウム粉末、蓚酸アルミニウム粉末とビ
ヒクルとを重合比で１００：　ｏ、’ｙ　：　６　：　
１２：　２５で混合し、金属化ペーストを作製した。

このようにして作製した金属化ペーストを、スクリーン
印刷法等の手法によりＡＩＮのグリーンシートに塗布す
る。

しかるのちにＮ２雰囲気中にて脱バインダーＡ　ｒ　／
　Ｎ　２雰囲気中にて焼成を行い、金属化層を有するＡ
ＩＮ焼結体を得た。しかるのち、この金属化層のヘリウ
ムリークテストを行ったところ、リーク速度はＩＸ　１
Ｇ４　ｃｃ　ａｔｍ／ｓｅｃ以下で気密性が良好である
ことが確認された。しかるのち、この得られた焼結体の
２＋ａｏ＋口部分にニッケルメッキを施し、これを８３
５℃にてアニールした後、ワイヤーをはんだ付けし、引
張強度試験を行ったところ、４．５〜５．５ｋｇ／２＋
ａＩＩ１口で実用上全く問題のないレベルであった。

実施例２ 実施例１に示した方法により、ＡＩＮのグリーンシート
並びにビヒクルを作製した。

しかるのちにタングステン粉末、硫酸第二鉄粉末、硫酸
カルシウム粉末、酸化アルミニウム粉末とビヒクルとを
重量比で１００：５　ニア　：　５：２５で混合し、金
属化ペーストを作製した。

このようにして作製した金属化ペーストを、実施例１に
示した手法にて塗布し、しかるのち、ＣＯ／　Ｎ　２雰
囲気中にて・脱バインダー　Ｎ２雰囲気中にて焼成を行
い、金属化層を有するＡＩＮ焼結体を得た。実施例１に
示した方法により、ヘリウムリークテスト及び引張強度
試験を行ったところ、それぞれｌＸｌ０°８　ｃｃ　ａ
ｔｍ／ｓｅｅ以下、５．１〜５．７ｋｇ／２ｍｌ０で実
用上全く問題のないレベルであった。

実施例３ 実施例１に示した方法により、ＡＩＮのグリーンシート
並びにビヒクルを作製した。

しかるのちにタングステン粉末、コバルトを主成分とす
る合金であるステライト粉末、炭酸バリウム粉末、乳酸
アルミニウム粉末とビヒクルとを重量比で１００：　１
．５　：　３　：　１８：　２８で混合し、金属化ペー
ストを作製した。

このようにして作製した金属化ペーストを、実施例１に
示した手法にて塗布し、しかるのち、アンモイア雰囲気
中にて脱バインダー　Ｈ２／Ｎ２雰囲気中にて焼成を行
い、金属化層を有するＡＩＮ焼結体を得た。実施例１に
示した方法により、ヘリウムリークテスト及び引張強度
試験を行ったところ、それぞれＩＸ　ｔｏ−ａ　ｃｃ　
ａｔｌ／ｓｅｅ以下、５．４〜６．１ｋｇ７２ｍａＯで
実用上全く問題のないレベルであった。

比較例１ 実施例１に示した方法により、ＡＩＮのグリーンシート
並びにビヒクルを作製した。

しかるのちにタングステン粉末、硫酸マグネシウム粉末
、酸化アルミニウム粉末とビヒクルとを重量比で１００
：　１０：　８　：　２５で混合し、金属化ペーストを
作製した。

このようにして作製した金属化ペーストを、実施例１に
示した手法にて塗布し、しかるのち、Ｎ２雰囲気中にて
脱バインダー及び焼成を行い、金属化層を有するＡＩＮ
焼結体を得た。実施例１に示した方法により、ヘリウム
リークテスト及び引張強度試験を行ったところ、それぞ
れｌｘ　ｔｏ−ｉ　ｅｅ　ａｔＩｌ／ｓｅｅにとどまり
、　１．３〜２．１ｋ　ｇ　／２ｆｆｌ＋１０ときわめ
て低いレベルにとどまった。

比較例２ 実施例１に示した方法−により、ＡＩＮのグリーンシー
ト並びにビヒクルを作製した。

しかるのちにタングステン粉末、硫酸鉄粉末、酸化アル
ミニウム粉末とビヒクルとを重量比で１００：　５　：
　１０：　２５で混合し、金属化ペーストを作製した。

このようにして作製した金属化ペーストを、実施例１に
示した手法にて塗布し、しかるのち、Ｈ２／　Ｎ　２雰
囲気中にて脱バインダー　Ｃｏ／Ｎ２雰囲気中にて焼成
を行い、金属化層を有するＡＩＮ焼結体を得た。実施例
１に示した方法により、ヘリウムリークテスト及び引張
強度試験を行ったところ、それぞれｌＸｌ０−８ｅｃ　
　ａｔｌ／ｓｅｅであったものの、０．９〜１．５ｋｇ
／２ｍｍ口ときわめて低いレベルにとどまった。

［発明の効果］ 本発明によれば、強固に接着し、かつ気密性の高い金属
化層を有するＡＩＮ焼結体を得ることができ、基板材料
もしくはパッケージ材料特に放熱特性の要求される多層
配線基板材料として極めて有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造にお
   いて、該金属化層をタングステンを主成分とし、ニッケ
   ル、鉄、コバルト及びそれらの合金、それらの化合物か
   らなる群より１種以上と、マグネシウム化合物、カルシ
   ウム化合物及びバリウム化合物及びそれらの混合物、そ
   れらの化合物からなる群より１種以上とアルミニウム化
   合物とを含有する金属化ペーストを塗布して焼結して得
   ることを特徴とする金属化層を有する窒化アルミニウム
   焼結体の製造方法。