JPH07126701A - メタライズ用金属粉末組成物、メタライズ基板およびその製造方法 - Google Patents

メタライズ用金属粉末組成物、メタライズ基板およびその製造方法

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JPH07126701A
JPH07126701A JP5294721A JP29472193A JPH07126701A JP H07126701 A JPH07126701 A JP H07126701A JP 5294721 A JP5294721 A JP 5294721A JP 29472193 A JP29472193 A JP 29472193A JP H07126701 A JPH07126701 A JP H07126701A
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悦夫 大槻
Yohei Watabe
洋平 渡部
Shinichi Iwata
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    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/09Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一定の電導度を有しながら接着強度の高く表
面が平滑で、かつ使用環境において、十分な信頼性を有
する金属化膜が得られるメタライズ用金属粉末組成物、
メタライズ基板およびその製造方法を供する。 【構成】 Cu,Ag,AuおよびAg−Pdから選ば
れた少なくとも一種の金属粉末と、Nb,V,Hfおよ
びTaの水素化物から選ばれた少なくとも一種の金属化
合物粉末とからなるメタライズ用ペーストと、このペー
ストを基板に塗布し、焼成して得たメタライズ基板およ
びその焼成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、厚膜電子回路の導体層
形成およびセラミクス基板上に実装された電子機器用素
子、部品等が動作することによって発生する熱を拡散す
る機能を持つ銅、銀、金およびそれらの合金回路を形成
するためのメタライズ用金属および金属化合物粉末組成
物およびメタライズ基板に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子回路用基板としては、高い
絶縁性、一定の機械強度が確保されていること、他の素
子を劣化させないこと、金属導体と容易に接合体を形成
できること、熱伝導率が大きい等の性質が要求されてい
る。そして、これらの要求特性を満足する材料として、
アルミナ(Al23)等の酸化物セラミクスや窒化アル
ミニウム(AlN)を代表とする窒化物セラミクスがあ
る。しかし、トランジスタ、ダイオード、IC、LS
I、その他各種の電子部品をこれらのセラミクスに直接
実装することはできない。そのため、セラミクス表面に
金属化膜を導体として使用するか、または金属化膜を介
して導体金属と接合することにより電子回路を構成して
いる。
【0003】この場合、導体層または導体金属として
は、電気抵抗が小さなものがよく、一般に銅が用いられ
ており、ものによっては銀、金およびそれらの合金が用
いられている。そして、セラミクス基板上への金属化膜
の形成は、セラミクス基板へ金属導体ペーストを10−
30μm程度の厚みにスクリーン印刷し、乾燥した後に
焼成を行って回路形成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法によりセラ
ミクス基板への金属化膜として、従来、ガラスフリット
入りの銅導体ペーストが用いられているが、セラミクス
と金属化膜との接合強度が、一辺が2mmの正方形パッ
ドの垂直引っ張り試験で2Kg程度に過ぎず、更に15
0℃の高温エージング試験で100時間前後放置する
と、初期値の半分以下に低下してしまう。特に、窒化物
セラミクス用の導体ペーストは、現在、接着強度、電導
度等の諸性能および信頼性の高いものが得られていな
い。
【0005】そこで、その改善法として、特願平3−6
9382号にて、Cuが70−95重量%、Tiが5−
30重量%の組成の金属粉末ペーストを提案した。又、
特願平4−282869号にて、Cuが95−99.5
重量%、Tiが0.5−5重量%の金属粉末ペーストを
提案した。それらにおいては一定の接合強度をもたらす
が、高Ti含有のため導体抵抗が増加するという難点が
あった。又、後者においては、接合強度を若干犠牲にし
て、Ti含有量を減少させたが、導体抵抗は期待したほ
ど低下しなかった。即ち、セラミクス/金属化膜界面の
接合強度と導体抵抗のバランスした金属化膜が得難い問
題を有していた。
【0006】更に、メタライズ基板への電子部品の実装
上、平滑な金属化膜が要求されているが、従来のペース
トを用いた方法では、十分に平滑な金属化膜は得られな
かった。
【0007】そこで、本発明の技術課題は、一定の電導
度を有しながら接着強度の高く、表面が平滑で、かつ使
用環境において十分な信頼性を持つ金属化膜が得られる
メタライズ用金属粉末組成物、メタライズ基板およびそ
の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、金属化膜の組織観察を行い、それに基づく若干の金
属組織学的考察を加えた結果、以下のことが分かった。
【0009】即ち、Cu−Ti粉末ペーストを印刷した
後の焼成過程で、金属粉末の焼結緻密化とともに、Ti
の金属層/セラミクス界面への移動がおこり、所要の界
面強度が得られる。しかし、これらの反応過程で、原料
Tiが粗粒であること、および粗粒Cu−Ti化合物相
の生成に起因して金属化層および界面層に大きな空隙を
生成せしめること、およびTi酸化物が金属化層に残留
すること等の望ましくない反応が随伴され、界面結合強
度および電導度の低下がもたらされることが分かった。
更に、金属化層の平滑度は原料粉末の粒度に依存し、特
にTi粉末を微細化できないのがネックであることも分
かった。
【0010】以上の知見に基づき、種々検討した結果、
Cu,Ag,AuおよびAg−Pdから選ばれた少なく
とも1種の良電導性金属粉末に対し、0.5−30重量
%のNb,V,Hf水素化物粉末から選ばれた少なくと
も1種の金属水素化物粉末を含むメタライズ用組成物を
発明するに至った。また、前記のメタライズ用組成物を
主成分とするメタライズ用ペーストを基板に塗布し、真
空中、不活性ガスまたは窒素雰囲気で焼成することによ
り、一定の電導度を有しながら接着強度が高く、表面が
平滑な金属化膜を形成した優れたメタライズ基板が得ら
れた。
【0011】つまり、従来のペーストの技術的障害であ
ったTi粉末の難粉砕性、あるいは強引に粉砕した場
合、Tiの酸化が激しく、所望の特性の金属化膜が得ら
れない問題は、Ti粉末に代えて上記金属水素化物を用
いることにより、解決することができた。これは、金属
水素化物の被粉砕性が優れていること、水素化物を微粒
子に粉砕しても表面酸化は抑制できること、およびこれ
らの化合物粉末と良電導性粉末の混合ペーストを印刷
後、焼成する過程で粗粒の金属間化合物の生成が抑制で
きることによる。その結果、残留空隙径の小さい、しか
も酸化物量の少ない金属化膜が得られ、界面結合強度、
電導度、表面平滑度の特性の改善が確認された。
【0012】
【作用】本発明によれば、Cu,Ag,AuおよびAg
−Pdから選ばれた良導性金属粉末に、Nb,V,H
f,Ta水素化物から選ばれた金属水素化物粉末を混合
粉砕することにより、微細で、しかも酸素含有量の少な
いメタライズ用粉末ペーストが得られる。さらに、本ペ
ーストを基板に塗布後、焼結過程で金属水素化物から水
素が離脱して微細な金属粉が生成するとともに、焼結が
進行し、残留空隙径が小さく、しかも酸化物含有量の少
ない、ひいては界面結合強度が高く、電導度、表面平滑
度の優れたメタライズ基板が得られる。
【0013】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【0014】(実施例1)平均粒径10μm以下の銅
(Cu)粉と粒径44μm以下の水素化ニオブ(NbH
x)粉を所定の組成になるよう秤量混合後、一般に用い
られるアクリル系樹脂をバインダー成分とするビヒクル
を添加し、微粉砕機を用いて十分に混練分散を行って、
スクリーン印刷に適したペーストを得た。なお、ペース
トから樹脂成分を除去して粉末粒度を測定したところ、
平均粒系約7μmであり、このことから、NbHx粉は
混練分散工程で微粉砕されたことがわかる。
【0015】本発明のペーストを窒化アルミニウムセラ
ミクス基板に印刷し、真空焼成してメタライズ基板を得
た。図1に、一辺が2mmの正方形パッドの垂直引張り
試験による接着強度の結果を示した。比較例として、従
来、窒化アルミニウムセラミクス基板に使用されている
ガラスフリット入り銅ペーストを用いた結果と、Cu−
Nb混合物を用いたペーストによる結果を示した。本実
施例によると、全体的にCuにNbを添加することによ
り、従来のペーストに比べて高接着強度が得られ、Cu
−Nb混合粉ペーストを用いたメタライズ基板の接着強
度は、高Nb含有ペーストで高強度を示すが、Nb<3
wt%での接着強度の劣化が著しい。一方、Cu−Nb
Hx系ペーストにおいては、Nb<0.2wt%でも実
用強度を有することが分かる。
【0016】図2は、本実施例で得られた金属化膜の体
積抵抗率を示す。特に、Cu−NbHx系ペーストを用
いることにより、低抵抗化が図れることが分かる。ちな
みに、Cu−2wt%Nbペーストによる金属化膜とC
u−2wt%NbHxペーストによる金属化膜の酸素含
有量を分析したところ、表1に示したように、後者の酸
素含有量が著しく減少していることが分かる。このこと
から、Nbに代えてNbHxを用いることで体積抵抗が
低下している要因は、NbHxが工程で酸化しにくいこ
とであると推定された。
【0017】
【表1】
【0018】(実施例2)金属粉末原料として、Cu粉
とNb,V,Hf,およびTa水素化物粉末を用い、水
素化物粉末混合量を0.5wt%として実施例1と同様
の方法でメタライズ基板を作製した。それらの接着強度
および体積抵抗率を表2に示した。図1および図2と比
較して、いずれのCu−水素化物系ペーストにおいて
も、十分な接着強度、および低抵抗金属化膜が得られる
ことが分かった。
【0019】
【表2】
【0020】(実施例3)NbHx粉末にそれぞれA
g,Ag−Pd,Au粉末を混合したペーストを用い
て、実施例1と同様の方法でメタライズ基板を得た。そ
れらの接着強度および体積抵抗率を表3に示した。比較
例として、従来用いられている各ペーストによる結果を
示した。
【0021】
【表3】
【0022】(実施例4)原料銅粉を篩分けし、粒径5
μm以下の銅微粉を得た。一方、粒径44μm以下のN
bHx粉を粉砕し、平均粒径10,5.5および3μm
のNbHx粉を得た。これらを混合分散し、実施例1と
同様の方法でメタライズ基板を得た。金属化膜の表面粗
さを触針法で測定した。比較例として、同一銅微粉に平
均粒径5.5μmのNb粉を混合したペーストによるメ
タライズ基板の表面粗さを測定し、それらの結果を表4
に示した。NbHxを用いた場合、原料粉末粒径が同じ
でも、金属化膜の表面が平滑になることが分かった。
【0023】
【表4】
【0024】(実施例5)実施例1と同様に、Cu−N
bHxペーストを用い、酸化アルミニウムセラミクスに
印刷して焼成し、メタライズ基板を得た。比較例とし
て、従来のガラスフリット入り銅ペーストによるメタラ
イズ基板を作製した。それらの接着強度試験結果を表5
に示した。窒化アルミニウムと同様に、酸化アルミニウ
ム(Al23)のメタライズにも金属水素化物粉末混合
の効果が顕著であることが分かる。
【0025】
【表5】
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、電導性金属粉にNb,
V,Hf,Taから選ばれた金属水素化物粉末を加え
て、ペーストを用いることにより、セラミクス基板に対
する接着性が優れ、しかも電導度の高い金属化膜を形成
することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によって作製された金属化膜の垂直引張
り試験によるNb添加量と接着強度との関係を示す特性
図。
【図2】本発明によって作製された金属化膜のNb添加
量と体積抵抗率との関係を示す特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 9/00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cu,Ag,AuおよびAg−Pdから
    選ばれた少なくとも1種の金属粉末と金属水素化合物粉
    末とを主成分とするメタライズ用金属粉末組成物であっ
    て、前記金属水素化合物がNb,V,HfおよびTaの
    水素化物から選ばれた少なくとも1種であることを特徴
    とするメタライズ用金属および金属化合物粉末組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の金属水素化物の含有量が
    0.5〜30重量%であることを特徴とするメタライズ
    用金属および金属化合物粉末組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の金属および金属
    化合物粉末組成物を主成分とするメタライズ用ペースト
    を基板に塗布し、焼成して得たことを特徴とするメタラ
    イズ基板。
  4. 【請求項4】 請求項1または2記載の金属および金属
    化合物粉末組成物を主成分とするメタライズ用ペースト
    を基板に塗布し焼成する工程において、真空中、不活性
    ガスまたは窒素雰囲気で焼成することを特徴とするメタ
    ライズ基板の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US9374893B2 (en) 2010-03-02 2016-06-21 Tokuyama Corporation Production method of metallized substrate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010113892A1 (ja) 2009-03-30 2010-10-07 株式会社トクヤマ メタライズド基板を製造する方法、メタライズド基板
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