JPH03295878A - セラミック用メタライズ構造物 - 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（上回路基板、メタライズ基板、ＩＣパッケージ
、トランジスタパッケージ等の電子、半導体機器部品用
部材及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、窒化アルミニウム（Ａ　Ｑ　Ｎ）にメタライズ構
成物を形成するメタライズ法として（上■タングステン
（Ｗ）を用いたコファイア法、■モリブデン（Ｍｏ）、
　　マンガン（Ｍｎ）による２次メタライズシ五〇セラ
ミックス基板上に銅回路板を直接に接合するＤＢＣ（Ｄ
ｉｒｅｃｔ　　Ｂｏｎｄ　　Ｃｏｐｐｅｒ）５五更には
■薄膜法等が知られている。

このうちタングステンによるコファイア法（よ窒化アル
ミニウムのグリーンシート上にタングステンのペースト
を形成した後に、窒化アルミニウムの脱脂を行い、その
後焼成することにより、タングステンからなるメタライ
ズ構成物（層）を形成するものである。

このコファイア法（飄　多層パッケージなどの内部回路
を形成できる点で優れており、他の３法（０２次メタラ
イズ法、■ＤＢＣ法、■薄膜法）で１友　内部回路は形
成できない。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ ところが、従来のコファイア法で（よ必ずしも接合強度
が大きくしかも導電性に優れたセラミック用メタライズ
構成物が得られないという問題があった。

つまり、窒化アルミニウムに用いられるメタライズ構成
物を製造するに際して、単に通常の脱脂や焼成を行うだ
けで（よ他の金属との接合強度の向上や、電気回路等に
好適に使用される程度に導電性を向上できないという問
題があった更１：、その製造に際して、窒化アルミニウ
ムの表面酸化が発生し、焼結後に焼結体熱伝導率が低下
するという問題や、焼結助剤のイツトリアが窒化アルミ
ニウム表面の酸化膜（アルミナ）と反応シテ生成したＹ
ＡＧ（３Ｙ２ｏ３・５ＡＱ２０３）相が、焼結体の表面
に浸み吊しやすくなり、表面粗度を悪くしたり、外観上
の不具合を生ずる等の問題が生ずることがあった 本発明（友上記課題を解決して、優れた特性を有するセ
ラミック用メタライズ構成物及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決する請求項１の発明（友窒化アルミニウ
ムを主成分とする焼結体に用いられ、主としてＷ、ＷＣ
及びＷ２Ｃよりなるセラミック用メタライズ構成物であ
って、 焼結後のメタライズ構成物におけるＷ、　ＷＣ。

Ｗ２Ｃの（１，１，０）面のＸ線ピーク強度を各々ＩＷ
、　　ＩＷｃ、　　＋ｗ２ｃとすると、該Ｘ線ピーク強
度の比ＩＷ／（ｌＷＣ＋＋Ｗ２Ｃ）が、３．５以上であ
ることを特徴とするセラミック用メタライズ構成物を要
旨とする。

また、請求項２の発明（飄 窒化アルミニウムの脱脂を行った後１：、該窒化アルミ
ニウムとタングステンとを同時に焼成してメタライズ構
成物を形成するセラミックス用メタライズ構成物の製造
方法であって、 上記窒化アルミニウムの樹脂抜きの際に１上該窒化アル
ミニウムに含まれる残存カーボン量を１重量％未満にな
るまで脱脂を行うことを特徴とするセラミック用メタラ
イズ構成物の製造方法を要旨とする。

ここで、上記セラミック用メタライズ構成物のうち、特
に電気回路として用いられるメタライズ構成物として＋
Ｌ　　Ｘ線回折により得られたＸ線ピーク強度比ｌＷ／
　（ＩＷＣ＋１Ｗ２Ｃ）が、１０以上であれ１よ導電性
に極めて優れているので好適である。

［作用］ 請求項１の発明１よ窒化アルミニウムに用いられるセラ
ミック用メタライズ構成物、即ち主としてＷ、ＷＣ及び
Ｗ２Ｃよりなるセラミック用メタライズ構成物を焼結し
た後１；　　Ｘ線回折を行い、その測定値が所定値以上
であれ（ｉ　好適なセラミック用メタライズ構成物とす
るものである。

つまり、本発明者らは、焼結後のメタライズ構成物のＸ
線回折を行い、その結果、タングステン（Ｗ）と炭化タ
ングステン（Ｗ　Ｃ＋Ｗ　２　Ｃ）との構成比が、メタ
ライズ構成物の特性を大きく左右することを見いだし本
発明を完成したものである。

即ち、回折したＸ線のＷ、ＷＣ及びＷ２Ｃの（１゜１．
０）面のＸ線ピークを測定し、そのＸ線ピーク強度の比
ＩＷ／　（ｌＷＣ＋＋Ｗ２Ｃ）が、３．５以上であるも
のが、高い接合強度と導電性を有し、更に、焼結後の熱
伝導率が高くかつ表面が滑らかなセラミック用メタライ
ズ構成物となる。

また、請求項２の発明１よ　セラミック用メタライズ構
成物の製造方法に関する発明であって、窒化アルミニウ
ムの脱脂を行った後に窒化アルミニウムとタングステン
とを同時に焼成する方法に関する発明である。

即ち、本発明では、窒化アルミニウムの樹脂抜きを行う
際に、窒化アルミニウムに含まれる残存カーボン量を１
重量％未満になるまで脱脂を行うので、後の窒化アルミ
ニウムやタングステンの焼成において、ＷとＣとが反応
してＷＣやＷ２Ｃとなることを低減できる。その結果、
電気抵抗を低く抑えることが可能となり、更に　Ｗ、　
　ＷＣ，Ｗ２Ｃ間の収縮率と熱膨張率の違いによるメタ
ライズ構成物の接合強度の低下も防止でき、窒化アルミ
ニウムの表面酸化及びＹＡＧ相の浸呂を防止した上で、
熱伝導率や表面の粗度も向上させることが可能となる。

［実施例］ 次１ミ本発明の詳細な説明する。

まず、窒化アルミニウム（Ａ　Ｑ　Ｎ）及びタングステ
ン（Ｗ）からなるメタライズ構成物の製造方法について
説明する。

最初に、平均粒径］、７μｍの窒化アルミニウム９５重
量％に、焼結助剤としてイツトリア（Ｙ２Ｏ２）を５重
量％添加し、更１ミ有機バインダとしてＰＶＢ及び可塑
剤ＤＢＰを溶媒とともに混合してスラリーとし、その後
ドクターブレード装置にてテープ成形し、窒化アルミニ
ウムのグリーンシートを作成する。

次１：、平均粒径１．０μｍのタングステン粉末９５重
量％と、有機ビヒクル５重量％とを混合し、ブチルカル
ピトールを用いて粘調して、タングステンペーストを作
成する。

そして、上記窒化アルミニウムのグリーンシート上１：
、タングステンペーストをスクリーン印刷し、乾燥した
後１：、加湿還元ガス中にて、７５０℃〜８５０℃の間
の温度で１０時間樹脂抜き（脱脂）を行う。

その後、１７００℃〜１９００℃のＮ２ガス雰囲気中で
、５時間焼成を行い、窒化アルミニウムの焼結体及びそ
の上部に形成されたメタライズ構成物を形成した （実験例１） 次１ミ上記製造方法によって形成されたメタライズ構成
物の特性を調べるために行った実験例について説明する
。・ 本実験例で（よ樹脂抜きの条件を変えて３種のサンプル
Ａ、Ｂ、Ｃ（６０ｍｍＸ６０ｍｍＸ２ｍｍの窒化アルミ
ニウムのシート）を製造し、その特性等を調べたその製
造条件及び実験結果を下記第１表及び第２表、更に第１
図ないし第５図に示す。

尚、上記サンプルのうち、サンプルＡ、　　Ｂが本実施
例のメタライズ構成物であり、サンプルＣが比較例であ
る。

下記第１表は、脱脂の条件を示すものであり、ここで、
脱脂体とは脱脂された窒化アルミニウムを示し、脱脂の
際に使用される還元ガスの露点は３０℃とした。

第１表 二の第１表から明らかなよう１ミ実施例のサンプルＡ、
　　Ｂでは残存カーボン量が０．　７以下と少ないが、
比較例のサンプルＣでは１重量％以上と大きな値となっ
ている。

また、下記第２表（よ焼結によって製造されたメタライ
ズ構成物の特性を測定した結果を示したものである。こ
こで電気抵抗値として（よ第１図に示す実験用の構成を
用いて測定した。即ち、窒化アルミニウムのグリーンシ
ート上にメタライズペーストを塗布し、これを脱脂した
後に焼成して基板１を形成し、この基板１上に長さ５０
ｒｒｍ、　幅０、　２ｍｎ、　厚さ１０〜２０μｍの測
定用メタライズ構成物２を形成し、そのメタライズ構成
物２の両端部間の電気抵抗を測定した また、メタライズ強度として（よ　同図に示すように１
辺が２ｍｍの測定用メタライズ構成物３を形成し、更に
第２図に示すよう１：、そのメタライズ構成物３の表面
に、Ｎｉメツキを施した後、Ｓｎ／Ｐｂ半田４を用いて
、軸部１φ、ヘッド部１゜５φのネールへラドピン５を
接合し、矢印へ方向の引っ張り強度を測定した。

更に、メタライズ構成相の比として（よ周知のＸ線回折
による測定を行い、第３図ないし第５図に示すようなＷ
、ＷＣ，Ｗ２Ｃの（１，１，０）面のＸ線ピーク（図の
枠で囲んだピーク）を検出し、その比ＩＷ／　（ｌＷＣ
＋＋Ｗ２Ｃ）を算出した。尚、第３図ないし第５図の縦
軸１表回折したＸ線の出力の大きさ（カウント数）を示
し、横軸はブラッグ角２θの大きさを示している。また
、第３図はサンプルＡ、第４図はサンプルＢ、第５図は
サンプルＣのＸ線チャートを各々示している。

第２表 上記第１表及び第２表から明らかなよう１ミ本実施例の
サンプルＡのメタライズの構成相比（Ｘ線ピーク強度比
で示す）、　ＩＷ／（ＩＷＣ＋＋Ｗ２Ｃ）が１０以上で
あれ（Ｌ電気抵抗が１５ｍΩ／口未満と低く、又メタラ
イズ強度も５　ｋｇ／ｍｍ２を上回る実用レベルにあり
、回路基板用メタライズ等に好適であることが明かであ
る。

また、サンプルＢのメタライズの構成相比、Ｗ／　（Ｉ
ＷＣ＋＋Ｗ２Ｃ）が３．５以上１０未満であれＥ　電気
抵抗（よ　１５〜１００ｍΩ／口と、サンプルＡと比較
してやや高いものの、メタライズ強度は５　ｋｇ／ｍｍ
２を上回る実用レベルにあり、各種接合用等のメタライ
ズとして好適であることが明かである。

尚、比較例のサンプルＣは、　ＩＷ／（ｌＷｃ十ＩＷ２
Ｃ）が３．５未満であり、電気抵抗が１００ｍΩ／口を
上回り、メタライズ強度も１〜４ｋｇ／ｍｍ２と小さく
、メタライズ後のＮｉメツキ等で外観不良（密着不良）
が発生するので、実用上問題がある。

（実験例２） 本実験例では、脱脂の条件として還元ガスの露点を４０
℃とした以外（上　上記実験例１と同様な条件で同じ実
験を行った。その条件及び結果を下記第３表及び第４表
に示す。

第３表 この第３表から明らかなように、実施例のサンプルＤ、
　　Ｅ、　　Ｆ　（サンプルＡと同じ寸法）で（表金て
残存カーボン量が１重量％未満と少ない値となっている
。

第４表 上記第３表及び第４表から明らかなよう１：。

本実施例のサンプルＤのメタライズの構成相上ヒＩＷ／
　（ｌＷＣ＋ＩＷ２Ｃ）が１０以上であれば、電気抵抗
が１５ｍΩ／口未満と低く、又メタライズ強度も５ｋｇ
／ｒｎｍ２を上回る実用レベルにあり、回路基板用メタ
ライズ等に好適であることが明かである。

また、サンプルＥのメタライズの構成相上ヒＷ／　（Ｉ
　ＷＣ＋ｌ　Ｗ２　Ｃ）が３．５以上１０未満であれ（
ｆ、、電気抵抗（よ　１５〜５０ｍΩ／口と、サンプル
Ｄと比較してやや高いものの、メタライズ強度は５ｋｇ
／ｒｎｍ２を上回る実用レベルにあり、各種接合用等の
メタライズとして好適であることが明かである。

サンプルＦは、　Ｉ　ｗ／　（Ｉ　Ｗ　Ｃ＋Ｉ　Ｗ２　
Ｃ）が３゜３とボーダーライン上の値であり、電気抵抗
が８０ｍΩ／口を上回り、メタライズ強度も３〜５　ｋ
ｇ／ｍｍ２と小さいが、上記比較例Ｃよりは弱冠優れた
値となっている。

［発明の効果］ 上述した様に、本発明のセラミック用メタライズ構成物
（よ　その電気抵抗も低く電気回路等に使用することが
でき、更に接合強度も大きなものである。その王焼結後
の熱伝導率も大きく、表面も滑らかで外観にも優れてい
るので各種の接合用に使用されるメタライズ構成物とし
て好適である。

また、その製造方法（よ脱脂における残留カーボン量を
調節するだけで、優れたメタライズ構成物を製造できる
という顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験に使用する基板を示す斜視図、第２図は接
合強度の実験を示す説明は第３図はサンプルＡのＸ線回
折の結果を示すグラフ、第４図はサンプルＢのＸ線回折
の結果を示すグラフ、第５図はサンプルＣＯＸ線回折の
結果を示すグラフである。 １・・・基板 ２．３・・・メタライズ構成物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　窒化アルミニウムを主成分とする焼結体に用いられ
   、主としてＷ，ＷＣ及びＷ＿２Ｃよりなるセラミック用
   メタライズ構成物であって、 焼結後のメタライズ構成物におけるＷ，ＷＣ，Ｗ＿２Ｃ
   の（１，１，０）面のＸ線ピーク強度を各々ＩＷ，ＩＷ
   Ｃ，ＩＷ＿２Ｃとすると、該Ｘ線ピーク強度の比ＩＷ／
   （ＩＷＣ＋ＩＷ＿２Ｃ）が、３．５以上であることを特
   徴とするセラミック用メタライズ構成物。 ２　窒化アルミニウムの脱脂を行った後に、該窒化アル
   ミニウムとタングステンとを同時に焼成してメタライズ
   構成物を形成するセラミックス用メタライズ構成物の製
   造方法であって、 上記窒化アルミニウムの樹脂抜きの際には、該窒化アル
   ミニウムに含まれる残存カーボン量を１重量％未満にな
   るまで脱脂を行うことを特徴とするセラミック用メタラ
   イズ構成物の製造方法。